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从随机自旋链到量子 Kardar-Parisi-......
随机幺正动力学是量子力学中描述系统与环境或外部场相互作用演化的一种有效方式。 其最初想法由 Caldeira 和 Leggett 提出，用于研究自旋集合与玻色子浴相互作用的有效动力学 [1]。 由于与未知自由度的相互作用引起的涨落和耗散，此类系统的性质预计会与孤立系统有明显不同。 随机幺正动力学也可用于理论研究量子混沌系统的典型和普遍行为。 因此，这类研究最近重新焕发了活力，特别是在随机幺正电路 [2-9] 以及传统多体系统 [10-16] 的背景下。通过增加随机性，这些系统应该会失去其与特殊性有关的优良性质，例如守恒定律，从而允许出现一般性质。这些包括纠缠的产生 [ 2 , 4 , 17 – 24 ]、信息的扰乱 [ 3 , 6 , 25 , 26 ] 或在收敛到热或非平衡稳态的系统中算符的扩展 [ 5 , 7 , 8 ]。特别是在一些量子随机模型 [ 4 , 14 , 15 , 19 ] 中，有人认为纠缠熵的增长和涨落受 Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) 方程 [ 27 – 33 ] 支配。随机共形场论中纠缠增长的大偏差涨落也被证明属于 KPZ 类 [ 34 ]。最近，在超扩散非随机自旋链模型 [ 35 – 38 ] 中，还发现了 KPZ 方程的一些标度特征，这些特征与自旋-自旋关联函数的长期衰减有关。KPZ 类行为在量子多体系统中的普遍性程度仍是一个悬而未决的问题。
量子自旋霍尔效应：简要介绍
引文：关于物理学中拓扑和对称性的新思想，预测了一种只在表面导电的新材料。描述：自本·富兰克林时代以来，我们就开始区分导电和绝缘的电形式。但查尔斯·凯恩和吉恩·梅勒颠覆了这一概念，他们预测了一种新材料——“拓扑绝缘体”，这种材料在边界上是不可侵犯的电导体，但在内部是绝缘体。他们的发现对量子计算的“太空竞赛”具有重要意义，并可能导致新一代电子设备的出现，从而有望在计算中实现巨大的能源效率。拓扑绝缘体还为深入探究物质和能量的基本性质提供了一个窗口，因为它们表现出类似于物理学基本粒子（电子和光子）的粒子状激发，但可以在实验室中以电子和光子无法控制的方式进行控制。这些连接为控制各种物质状态下的电荷、光甚至机械波的流动提供了一个新的概念框架。意想不到的应用似乎也是不可避免的：当晶体管于 1947 年发明时，没有人能够真正预测到它将带来信息技术，使 TB 级的数据能够塞进一个微小的硅片上。
基于自旋的磁性随机存取存储器，用于高...
存储器是当今电子系统中用于数据存储和处理的关键组件。在传统的计算机架构中，由于存储器之间在操作速度和容量方面的性能差距，逻辑单元和存储器单元在物理上是分开的，从而导致冯·诺依曼计算机的根本限制。此外，随着 CMOS 技术节点的演进，晶体管变得越来越小，以提高操作速度、面积密度和能源效率，同时提供更低的驱动电流。然而，嵌入式闪存和 SRAM 等主流技术正面临着重大的扩展和功耗问题。更密集、更节能的嵌入式存储器将非常可取，特别是对于 14 纳米或更小的先进技术节点。与操纵非磁性半导体中的电荷来处理信息的传统电子设备不同，自旋电子器件基于电子自旋，提供创新的计算解决方案。为了将自旋电子学融入到现有的成熟的半导体技术中，基于自旋的器件一般设计以磁隧道结为核心结构，起到磁随机存取存储器（MRAM）的作用。
量子技术材料：自旋和拓扑的路线图
量子力学推动了技术上有用的组件（例如晶体管、激光器、磁隧道结等）的发展，这些组件改变了我们的经济和社会。下一代量子技术 (QT) 将基于叠加和纠缠的物理学，需要开发能够支持这些效应的新材料。在本期《观点》中，我们重点关注自旋和拓扑的材料实现，作为未来 QT 中可利用的量子对象，为计算、传感、通信和信息存储的新策略奠定基础。在固态材料中，自旋自由度可用于单自旋极限，其中孤立自旋的光学和电子控制可以实现高保真度的相干控制和自旋操纵。最近，基于微妙但强大的相对论自旋轨道耦合的概念已经实现了几个令人兴奋的突破，包括实空间和动量空间中的拓扑自旋纹理。磁性 skyrmion 是一个标志性的例子；它们的拓扑保护在纳米尺度上实现了巨大的稳定性，从而引发了将它们用作信息载体的令人兴奋的提议。稳健的自旋纹理也出现在拓扑绝缘体的动量空间中，可以产生高效的自旋电荷转换。将自旋轨道耦合的物理特性和新型自旋纹理与超导性相结合，可以进一步发挥协同作用，利用材料的量子力学相并生成新的序参量。在窄带隙和宽带隙半导体中实现的电子自旋量子比特现在已经为纳米级光通信网络和传感提供了最有前途的平台之一。
从集体自旋涨落测量相关性 ...
简介。— 实验表征系统不同部分之间的量子关联对于量子技术的发展至关重要。量子关联不仅是量子力学预测的最奇特效应的核心，例如纠缠、EPR 控制 [1 – 3] 或贝尔非局域性 [4] ；它们还为不同的量子信息或计量任务提供了优势，甚至对于非纠缠态 [5 – 7] 也是如此。此外，量子关联应该出现在一般的量子系统中 [8] ，而量子多体系统通常是经典计算机无法处理的。因此，在控制良好的量子模拟器上进行测量对于提高我们对复杂量子系统的理解至关重要。证明关联的量子性质是一项实验挑战，这需要测量非交换算子。由于全状态层析成像会随着成分数量的增加而呈指数级增长 [9]，因此在大型集合中无法实现，因此开发新协议以从部分测量（例如二分或集体测量）推断相关性至关重要。后者已成功在处理有效两级系统的实验平台上展示了纠缠 [3]、转向 [10 – 12] 或非局域性 [13]。由固定在光学晶格中的 s > 1 = 2 粒子组成的系统对于量子技术也特别有趣，因为它们的希尔伯特空间相对于量子比特（s ¼ 1 = 2）系统扩大，为量子信息处理提供了新的可能性 [14]。然而，它们的
自旋压缩的 Gottesman-Kitaev-Preskill 代码用于......
GKP 码在连续变量 (CV) 量子系统的位移相空间梳中编码量子比特，可用于校正各种高权重光子误差。在这里，我们提出了单模 CV GKP 码的原子集合类似物，通过使用量子中心极限定理将 CV 系统的相空间结构拉回到量子自旋系统的紧凑相空间。我们使用分集组合方法计算通道保真度，研究了这些代码在由随机松弛和各向同性弹道失相过程描述的误差通道下的最佳恢复性能。我们发现自旋 GKP 码优于其他自旋系统代码，例如 cat 码或二项式码。我们的基于双轴反扭曲相互作用和 SU(2) 相干态叠加的自旋 GKP 码是有限能量 CV GKP 码的直接自旋类似物，而我们基于单轴扭曲的代码尚未有经过充分研究的 CV 类似物。提出了一种自旋 GKP 码的状态准备方案，该方案使用幺正方法的线性组合，适用于 CV 和自旋 GKP 设置。最后，我们讨论了用于自旋 GKP 编码量子比特的量子计算的容错近似门集，该门集是通过使用量子中心极限定理从 CV GKP 设置转换门而获得的。
从自旋电子学到神经形态
• 通过溅射或 MBE 在 bcc CoFe 或 Fe 磁性电极上，或在非晶态 CoFeB 电极上生长，然后进行退火以重结晶电极，从而形成质地非常好的 MgO 屏障。
第六讲：角动量、自旋和统计
除了轨道 AM，量子粒子还具有自旋，其起源于相对论，可以将其视为与粒子围绕自身的固有动态旋转有关。自旋与轨道 AM 一样具有离散光谱。电子自旋的 l 值等于 ½，其沿任何给定方向的分量取值 (自旋 ½)。与电子自旋相关的量子态在二维希尔伯特空间中演化，其算符可以表示为恒等算符和三个泡利算符的线性组合，这些算符与三个正交空间方向上的自旋分量成比例。我们使用 Bloch 球面的便捷表示来描述这些算符及其本征态的属性。此表示可用于描述在二维希尔伯特空间中演化的任何系统，例如量子信息中的量子比特。我们将在后续讲座中广泛使用这种表示。