（通讯员/王艳成）面向国际学术前沿，北航杭州国际校园科研再结硕果！4月25日，国际著名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）刊发了杭州北航国际创新研究院（学院）物理化学科教平台团队在阻挫磁体的量子退火领域取得的重要进展Quantum annealing of a frustrated magnet。我院王艳成副教授和华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心李岳生教授为论文共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47819-y
退火是系统自动寻找最优解（即能量最低状态，简称基态）的过程。“退火”具有广阔且重要的运用场景，尤其是复杂系统从可能解中自动找到最优解的过程，如材料高温退火，更新退火算法等。常见的退火现象发生在相对高温，被称为经典退火。相对高温下，热涨落强，系统易自发从亚稳态逐渐向基态演化。而在极低温下，热涨落几乎为零，系统可能卡死在亚稳态，退火被迫终止。这时如果通过外界手段增强系统的量子涨落，引发隧穿效应，可能使得退火继续发生，这被称为量子退火。量子退火在未来量子计算和信息技术等领域具有广阔的应用前景。
在无明显化学无序的α-CoV2O6单晶中，铁磁（相互作用强度：J ~ 30 K）的 (Kramers Co2+) Ising自旋链通过反铁磁链间耦合形成阻挫的三角晶格。该研究工作实验表明系统在~1 K以下 (远小于J) 卡死在低磁化强度的亚稳态：在15小时的测量窗口内没有观测到任何进一步的退火现象。大尺度经典蒙特卡洛计算表明该系统在低温下卡在拓扑的Kosterlitz-Thouless亚稳态，与实验符合。外加横向磁场，可以强制破缺系统的时间反演对称性，微弱劈开Co2+的Kramers双重简并单离子态，等效于施加一个微弱的横场（一般小于~ 0.1 K），但隧穿几率可以增加8个量级左右，从而诱导多体量子退火，系统迅速进入磁化强度较高的状态（更稳定）。极低温测量表明：由于量子退火效应自旋系统的弛豫时间缩短为10秒左右。施加弱横场的量子蒙特卡洛模拟计算自然地解释了上述实验现象。
△ 经典退火（左）和量子退火（右）示意图
参与本项研究工作的还包括华中科技大学赵玉倩博士研究生、国家强磁场中心王俊峰研究员、福建物构所何长振研究员以及中国科学院物理所廖海军副研究员。该项研究工作依托杭州北航国际创新研究院（学院）物理化学科教平台完成，获得浙江省自然科学基金重点项目、国新院科研启动基金项目以及国新院高性能计算中心的大力支持。
（审核：洪冠新 陈龙飞 周苗）
编辑：谢雨倩
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