双层kagome自旋冰体系中通过量子退火实现的层间电荷序与量子单极重组竞争

受挫磁体中的磁单极子是典型的分数化准粒子,但现有实验平台无法在保持冰规则物理的同时调控其禁闭效应。该研究团队利用D-Wave Advantage2量子退火机的双层架构,首次实现了可编程的双层kagome自旋冰系统——通过4×13×14的网格调控系统尺寸、层间耦合和量子驱动,覆盖1,536个逻辑自旋。研究发现层间交换作用会引发从铁电到反铁电交错电荷序的突变相变,这种Ice-II相既无经典对应物也不存在于单层体系,其临界起始点(J⊥/J1)*≈0.044在五个数量级的退火时间内保持稳定。将电荷结构因子限制于符合冰规则的晶格时,其信号强度比传统全晶格估计量高出一个数量级,证明量子选择的电荷序对缺陷稀释探针不可见,这为未来量子自旋冰实验确立了方法学标准。单极子化学势的量子重整化为进入单极子退禁闭态所需的transmon电路-QED kagome冰系统设定了明确工程目标。研究还针对现有Ni81Fe19纳米线双层架构提出三项可证伪预测:临界层间距、升高的单极子激活温度,以及已发表X射线数据中Ice-II信号增强一个数量级——这些均无需重新制备样品即可验证。

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提交arXiv: 2026-03-29 19:35

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