基于阻挫磁体中纳米尺度斯格明子螺旋度量子比特的通用量子计算

阻挫磁体中的斯格明子具有螺旋度自由度，其中布洛赫型斯格明子的两种不同构型因磁偶极-偶极相互作用而在能量上占优，并以相反的螺旋度为特征。当斯格明子半径达到纳米量级时，它必然成为量子力学客体。我们基于阻挫磁体中布洛赫型纳米斯格明子的二重简并构造了一种量子比特。研究表明，基于多层系统中的纳米尺度斯格明子可实现通用量子计算。我们明确展示了如何构造 $\pi /4$ 相移门、Hadamard 门和 CNOT 门。单量子比特门通过时间控制电场和自旋流来实现。双量子比特门利用伊辛型交换耦合、通过控制相邻两层中斯格明子中心间距来实现。本机制的优点是无需外磁场。我们的结果可能为基于纳米尺度拓扑自旋纹理的通用量子计算开辟一条可行途径。