Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cond-mat > arXiv:2412.11585v2

帮助 | 高级搜索

凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2412.11585v2 (cond-mat)
[提交于 2024年12月16日 (v1) ,最后修订 2025年8月13日 (此版本, v2)]

标题: 密度矩阵重整化群对域壁量子比特的研究

标题: Density Matrix Renormalization Group Study of Domain Wall Qubits

Authors:Guanxiong Qu, Ji Zou, Daniel Loss, Tomoki Hirosawa
摘要: 磁性系统中的纳米尺度拓扑自旋纹理正在成为可扩展量子架构的有前景的候选者。 尽管它们作为量子比特的潜力,以往的研究仅限于半经典方法,留下了一个关键空白:缺乏完全的量子演示。 在此,我们通过采用密度矩阵重整化群(DMRG)方法来在耦合的量子自旋-1/2链中建立畴壁(DW)量子比特。 我们计算了系统的基态能量和激发能隙,并发现具有相反手性的畴壁形成了一个明确的低能区,在各向异性存在的情况下,该区与更高的激发态明显隔离。 这使得手性状态适合编码量子信息,作为稳健的量子比特。 有趣的是,当施加磁场时,我们观察到具有相反手性的量子畴壁状态之间的隧穿。 通过量子模拟,我们构建了一个有效的量子比特哈密顿量,表现出强各向异性的$g$-因子,提供了一种实现单量子比特门的方法。 此外,我们从DMRG模拟中获得了耦合量子自旋链中两个移动畴壁的有效相互作用哈密顿量,从而实现了双量子比特门。 单量子比特和双量子比特门也在使用时间依赖变分原理的实时模拟中得到了验证。 我们的工作代表了从半经典构造到畴壁纹理在可扩展量子计算中的潜力的完全量子演示的关键一步,为基于拓扑磁纹理的未来量子架构奠定了坚实的基础。
摘要: Nanoscale topological spin textures in magnetic systems are emerging as promising candidates for scalable quantum architectures. Despite their potential as qubits, previous studies have been limited to semiclassical approaches, leaving a critical gap: the lack of a fully quantum demonstration. Here, we address this challenge by employing the density-matrix renormalization group (DMRG) method to establish domain wall (DW) qubits in coupled quantum spin-1/2 chains. We calculate the ground-state energies and excitation gaps of the system and find that DWs with opposite chiralities form a well-defined low-energy sector, distinctly isolated from higher excited states in the presence of anisotropies. This renders the chirality states suitable for encoding quantum information, serving as robust qubits. Interestingly, when a magnetic field is applied, we observe tunneling between quantum DW states with opposite chiralities. Through quantum simulations, we construct an effective qubit Hamiltonian that exhibits strongly anisotropic $g$-factors, offering a way to implement single-qubit gates. Furthermore, we obtain an effective interacting Hamiltonian for two mobile DWs in coupled quantum spin chains from DMRG simulations, enabling the implementation of two-qubit gates.Single-qubit and two-qubit gates are also demonstrated in real-time simulations using the time-dependent variational principle. Our work represents a critical step from semiclassical constructions to a fully quantum demonstration of the potential of DW textures for scalable quantum computing, establishing a solid foundation for future quantum architectures based on topological magnetic textures.
评论: 5页,4图
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2412.11585 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2412.11585v2 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.11585
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: Phys. Rev. B 112, 054432 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1103/mpgp-pqk2
链接到相关资源的 DOI

提交历史

来自: Guanxiong Qu Dr. [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 16 日 09:17:36 UTC (5,416 KB)
[v2] 星期三, 2025 年 8 月 13 日 14:13:39 UTC (8,375 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat.mes-hall
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2024-12
切换浏览方式为:
cond-mat
cond-mat.str-el

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号