記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等，與山西大學梅鋒等合作，基于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(xiàn)并探測了高階非平衡拓撲相。這一成果標志著量子模擬在探索復雜拓撲物態(tài)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(xiàn)量子優(yōu)勢奠定了基礎。相關成果28日在國際學術期刊《科學》發(fā)表。

　　拓撲相是近年來凝聚態(tài)物理與量子模擬領域的重要研究方向。與傳統(tǒng)拓撲相不同，高階拓撲相在更低維度的邊界上出現(xiàn)了局域態(tài)，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的體-邊對應關系。盡管在經(jīng)典超材料中已實現(xiàn)高階拓撲相的實驗，但在量子體系中實現(xiàn)高階拓撲相一直是國際前沿的科學挑戰(zhàn)。實現(xiàn)高階拓撲相不僅有助于揭示拓撲物態(tài)的量子本質，還為基于非阿貝爾統(tǒng)計的拓撲量子計算提供了潛在實現(xiàn)途徑。

　　研究團隊基于“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(xiàn)了平衡與非平衡二階拓撲相的量子模擬與探測。在理論上，研究團隊提出了針對高階拓撲相的靜態(tài)與Floquet量子線路設計方案，解決了在二維超導量子比特陣列中構建高階平衡與非平衡拓撲哈密頓量的關鍵難題，并開發(fā)了通用的動力學拓撲測量框架。在實驗上，研究人員建立了系統(tǒng)化的處理器優(yōu)化方案，通過精密標定，實現(xiàn)了量子比特頻率與耦合強度的動態(tài)調控，在6×6量子比特陣列上，成功執(zhí)行了多達50個Floquet周期的演化操作，首次成功實現(xiàn)了四種不同類型的非平衡二階拓撲相，并系統(tǒng)探索了該拓撲相的能譜、動力學行為、拓撲不變量等特征。

　　(總臺央視記者 帥俊全 褚爾嘉)