重要突破！陸科學家在量子系統中實現並探測高階非平衡拓樸相

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大陸央視新聞客戶端28日報導，中國科學技術大學透露，該校潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等，與山西大學梅鋒等合作，基於可編程超導量子處理器「祖沖之二號」，首次在量子體系中實現並探測了高階非平衡拓撲相。這項成果標誌著量子模擬在探索複雜拓樸物態方向上取得重要突破，為利用超導量子處理器在量子模擬問題上實現量子優勢奠定了基礎。相關成果28日在國際學術期刊《科學》發表。


拓樸相是近年來凝聚態物理與量子模擬領域的重要研究方向。與傳統拓樸相不同，高階拓樸相在較低維度的邊界上出現了局域態，挑戰了傳統的體-邊對應關係。儘管在經典超材料中已實現高階拓撲相的實驗，但在量子系統中實現高階拓撲相一直是國際前沿的科學挑戰。實現高階拓樸相不僅有助於揭示拓樸物態的量子本質，也為基於非阿貝爾統計的拓樸量子計算提供了潛在實現途徑。

研究團隊基於「祖沖之二號」超導量子處理器的可編程能力，首次在實驗中實現了平衡與非平衡二階拓撲相的量子模擬與探測。在理論上，研究團隊提出了高階拓樸相的靜態與Floquet量子線路設計方案，解決了在二維超導量子位元陣列中建構高階平衡與非平衡拓樸哈密頓量的關鍵難題，並開發了通用的動力學拓樸測量框架。

在實驗上，研究人員建立了系統化的處理器優化方案，透過精密標定，實現了量子位元頻率與耦合強度的動態調控，在6×6量子位元陣列上，成功執行了多達50個Floquet周期的演化操作，首次成功實現了四種不同類型的非平衡二階拓撲相，並系統探索了該拓撲相的拓撲相的拓撲不變量。