东北大学电气通信研究所的研究生舩津拓也（从事该研究时）、金井骏助教、深见俊辅教授、大野英男教授（现校长）、日本原子能研究开发机构的家田淳一研究主任，全球首次成功完成了纳米磁铁的“磁能地形”实验性测量。
图1 本次研究所加工的超顺磁磁性隧道结器件示意图。右下图为扫描电子显微镜图像（供图：东北大学电气通信研究所）
东北大学在2019年开发了作为伪量子比特发挥功能的磁性隧道结器件，并成功实际验证了因数分解的原理。伪量子比特的磁性隧道结器件的主要工作原理是根据输入稳定性产生变化，这种变化被统括性记录在“能量地形”中。然而，虽然能量地形是将器件组装到实际电路并进行控制时的最重要特性，但其稳定性与磁特性及输入有着非常复杂的关系，因此过去一直认为使用实际器件实验性地决定能量地形是困难的。
研究团队制作了直径33nm的超顺磁磁性隧道结，并利用它结合调查能量极小消失的磁场及电流的实验方法、调查施加磁场及电流时能垒的实验方法，成功地在实验中确定了反转指数（区分不同能垒器件的变量）。其后，研究团队将这些测量方法首次组合到一个器件上，详细阐明了磁能的磁化角度依赖性随磁场及电流变化的情况。
特别是通过在平面图表中导入磁场及电流轴后，研究团队测绘出了以等高线表示能量的能量地形，并明确了反转指数。研究团队发现，用实际器件测量的反转指数，改变对器件施加的电压会使能垒发生变化，反转指数会在2～1.5之间变化。由此，可以准确预测出磁能的磁场及电流依赖性，成功地实测出了磁能地形。
该成果，除了可以加速使用了超顺磁磁性隧道结器件的概率论计算机的研究开发之外，通过决定纳米磁铁一般成立指数，在非易失性磁隧道结的磁阻式随机存取内存（MRAM）的特性评价方面，也有望使用到这一成果。
金井助教表示“在被实际使用的几十纳米大小的器件中，与理论预测相比，状态不稳定性对于外部输入更加敏感。将这一发现应用到实际器件的控制中后，通过伪量子计算机，可以实现高精度、高速计算，并能成功测量纳米磁铁的磁能地形，为进行大规模问题优化等计算开辟了道路。现在我们使用了较小规模的伪量子比特调查其计算性能，今后计划对大规模的伪量子比特性能进行调查”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Nature Communications
论文：Local bifurcation with spin-transfer torque in superparamagnetic tunnel junctions
DOI：10.1038/s41467-022-31788-1
