據央視新聞11月28日消息，記者從(cong) 中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉(wei) 、朱曉波、彭承誌、龔明等，與(yu) 山西大學梅鋒等合作，基於(yu) 可編程超導量子處理器“祖衝(chong) 之二號”，首次在量子體(ti) 係中實現並探測了高階非平衡拓撲相。這一成果標誌著量子模擬在探索複雜拓撲物態方向上取得重要突破，為(wei) 利用超導量子處理器在量子模擬問題上實現量子優(you) 勢奠定了基礎。相關(guan) 成果28日在國際學術期刊《科學》發表。

圖片來源：央視新聞

拓撲相是近年來凝聚態物理與(yu) 量子模擬領域的重要研究方向。與(yu) 傳(chuan) 統拓撲相不同，高階拓撲相在更低維度的邊界上出現了局域態，挑戰了傳(chuan) 統的體(ti) -邊對應關(guan) 係。盡管在經典超材料中已實現高階拓撲相的實驗，但在量子體(ti) 係中實現高階拓撲相一直是國際前沿的科學挑戰。實現高階拓撲相不僅(jin) 有助於(yu) 揭示拓撲物態的量子本質，還為(wei) 基於(yu) 非阿貝爾統計的拓撲量子計算提供了潛在實現途徑。

實驗在6x6二維比特陣列上實現周期性驅動。圖片來源：央視新聞

進一步，拓撲物態的研究正從(cong) 平衡體(ti) 係向非平衡體(ti) 係拓展，成為(wei) 凝聚態物理的重要前沿方向。非平衡拓撲相表現出平衡體(ti) 係所不具備的特性，例如拓撲抽運、動力學拓撲相變及π能量拓撲邊界模等，揭示了拓撲與(yu) 動力學之間複雜而深刻的內(nei) 在聯係，從(cong) 而為(wei) 在時間維度利用拓撲保護對量子態進行高精度、高魯棒性的超快操縱提供可能。然而，二維非平衡高階拓撲相的實驗實現長期麵臨(lin) 兩(liang) 大挑戰：其一是如何在量子體(ti) 係中精確設計高階非平衡拓撲哈密頓量；其二是缺乏直接探測非平衡拓撲性質的有效方法。

研究團隊基於(yu) “祖衝(chong) 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(yu) 非平衡二階拓撲相的量子模擬與(yu) 探測。在理論上，研究團隊提出了針對高階拓撲相的靜態與(yu) Floquet量子線路設計方案，解決(jue) 了在二維超導量子比特陣列中構建高階平衡與(yu) 非平衡拓撲哈密頓量的關(guan) 鍵難題，並開發了通用的動力學拓撲測量框架。在實驗上，研究人員建立了係統化的處理器優(you) 化方案，通過精密標定，實現了量子比特頻率與(yu) 耦合強度的動態調控，在6×6量子比特陣列上，成功執行了多達50個(ge) 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，並係統探索了該拓撲相的能譜、動力學行為(wei) 、拓撲不變量等特征。

實驗實現了對於(yu) 非平衡二階拓撲物態準能譜信息的探測，與(yu) 理論預言結果一致。圖片來源：視覺中國

據中國科學技術大學，該成果標誌著二維可編程量子模擬能力的顯著提升。審稿人高度評價(jia) 這一工作，認為(wei) 這一工作“在以往一維實驗的基礎上取得了重要突破，擴展到二維體(ti) 係是一次顯著的提升，展示了豐(feng) 富的實驗能力；所發展的測量與(yu) 分析非平衡拓撲物態的理論方法具有新穎性和趣味性。”