ACS Materials Letters综述：从自旋电子忆阻器到量子计算

成果简介

自旋电子忆阻器的发展为量子计算的应用奠定了基础。自旋电子忆阻器可以应用于神经形态计算，有望满足量子计算对定量信息处理的高速和低功耗要求。是一个非常有潜在应用前景的电子器件。

福建师范大学赵勇教授和西安交通大学孙柏教授课题组围绕自旋电子忆阻器在量子计算中的应用开展了相关研究。近期在高水平TOP期刊《ACS Materials Letters》（影响因子11.4）上发表题为“From Spintronic Memristor to Quantum Computing”的综述论文。文章介绍了自旋电子忆阻器应用于量子计算具有更快的信息处理速度、更高的信息存储密度、更低的功耗、高能效和良好耐久性等优点。然而，由于自旋相关散射对自旋电子忆阻器的可扩展性造成影响，因此在实际应用中还存有一些障碍。目前已报道了一些工作来尝试解决上述问题，但仍然存在一些瓶颈需要进一步克服。本文回顾了自旋电子忆阻器的研究进展，并针对自旋电子忆阻器在量子计算中存在的挑战提出了相应解决方法。

图1 基于自旋传递扭矩和自旋轨道转矩效应的自旋电子忆阻器。

图文导读

随着物联网和人工智能的高速发展，工业生产、环保、医疗、教育、日常生活等方面发生了革命性的变化。强大而快速的计算方法是迈向下一代人工智能的先进计算技术的关键。特别是，量子计算可以增强量子计算机操作的计算能力、量化信息传输和其它功能。自旋电子忆阻器的基本单位为磁性隧道结，通过自旋传递扭矩效应和自旋轨道转矩效应改变自旋极化电流对局部磁矩的影响，进而改变磁化方向（图1）。基于电子自旋相互作用的布尔逻辑门是量子计算的基础，它也被称为磁性量子元胞机，与纳米磁逻辑相关，而自旋电子学也与纳米磁逻辑有关。因此，基于自旋电子学的自旋电子忆阻器具有能耗低、耐用性和自旋特性等优点，可以满足量子计算对定量信息处理的高速低功耗要求。图2呈现了自旋电子忆阻器与量子计算的关系及潜在应用。

图2 自旋电子忆阻器与量子计算的关系及潜在应用。

文献信息

Jiajia Qin, Bai Sun*, Guangdong Zhou, Tao Guo, Yuanzheng Chen, Chuan Ke, Shuangsuo Mao, Xiaoliang Chen, Jinyou Shao, and Yong Zhao*, From Spintronic Memristor to Quantum Computing, ACS Materials Letters, 2023, 5, 2197-2215. DOI:http://doi.org/10.1021/acsmaterizlslett.3c00088.

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