量子随机合成斯格明子纹理生成:基于Qiskit的模拟

整数卷绕(即拓扑荷)是磁性材料中拓扑非平庸的自旋结构——斯格明子(skyrmion)的特征性标志。这类纳米尺度(通常为几纳米至数十纳米)的自旋纹理结构,源于交换作用、各向异性、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用或几何阻挫等竞争性相互作用对二维连续自旋构型的稳定作用。由于受到拓扑关联能垒的保护,它们展现出强烈的“类粒子”激发特性。通过利用其螺旋度(即自旋旋转角或关联内禀模式)构建二能级系统,斯格明子可作为量子比特载体——纳米尺度斯格明子的两种量子化螺旋度态即可编码“斯格明子量子比特”的逻辑态。值得注意的是,这类量子比特虽具有拓扑保护性和宏观性(涉及大量自旋集体行为),但仍会受外界扰动影响。当自旋纹理尺寸足够小且呈孤立态时,其螺旋角将呈现量子化特征。量子比特基态通常由能量最低的两个本征态(例如相反螺旋度的对称/反对称叠加态)构成。因此,斯格明子纹理结构能为多领域研究提供重要启示。但能否通过量子计算人工合成斯格明子纹理?本研究探索了这种可能性,通过生成数百种不同纹理样本并进行类型学对比,为基于量子随机性等准则的斯格明子研究开辟了新方向。
提交arXiv: 2025-09-23 20:58

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