受挫自旋1/2反铁磁体中超弱磁各向异性的量子模拟方法
电子自旋与量子比特的内在等效性为磁性材料的量子模拟提供了自然基础。然而,如何纳入真实磁体的关键特征——磁晶各向异性(MCA)仍是重大挑战。该研究团队针对CuSb₂O₆(一种具有交替铁磁链的S=1/2反铁磁体,其阻挫性各向异性交换相互作用形成近四方晶格)开发了MCA量子模拟框架。该工作将Cu²⁺自旋网络建模为四量子比特的方晶格,并引入四个配对辅助量子比特来编码角度依赖的MCA。这种每个自旋位点采用双量子比特的表征方法,克服了泡利算符平方仅能产生单位算符的限制,从而将MCA项精确嵌入量子电路。通过变分量子本征求解器,研究人员测定出极小的易轴MCA常数(仅为最近邻交换作用的0.00022%),却足以驱动90°自旋重取向的 spin-flop 转变及磁扭矩的强角度依赖性。超出该区域后,模拟还揭示了超高磁场下由各向异性次近邻相互作用稳定的半饱和磁相。这些发现证明了用资源高效的方法对真实材料中复杂磁现象进行量子模拟的可行性。
