我國(guó)科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)并探測(cè)高階非平衡拓?fù)湎?/h1>

2025-11-29 11:45

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記者11月28日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等，與山西大學(xué)梅鋒等合作，基于可編程超導(dǎo)量子處理器“祖沖之2號(hào)”，首次在量子體系中實(shí)現(xiàn)并探測(cè)了高階非平衡拓?fù)湎?。這一成果標(biāo)志著量子模擬在探索復(fù)雜拓?fù)湮飸B(tài)方向上取得重要突破，為利用超導(dǎo)量子處理器在量子模擬問(wèn)題上實(shí)現(xiàn)量子優(yōu)勢(shì)奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于11月28日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

與傳統(tǒng)拓?fù)湎嗖煌?，高階拓?fù)湎嘣诟途S度的邊界上出現(xiàn)了局域態(tài)，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的體—邊對(duì)應(yīng)關(guān)系。盡管在經(jīng)典超材料中已實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)湎嗟膶?shí)驗(yàn)，但在量子體系中實(shí)現(xiàn)高階拓?fù)湎嘁恢笔菄?guó)際前沿的科學(xué)挑戰(zhàn)，還能為基于非阿貝爾統(tǒng)計(jì)的拓?fù)淞孔佑?jì)算提供了潛在實(shí)現(xiàn)途徑，成為凝聚態(tài)物理的重要前沿方向。

然而，二維非平衡高階拓?fù)湎嗟膶?shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期面臨兩大挑戰(zhàn)：其一是如何在量子體系中精確設(shè)計(jì)高階非平衡拓?fù)涔茴D量；其二是缺乏直接探測(cè)非平衡拓?fù)湫再|(zhì)的有效方法。

研究團(tuán)隊(duì)基于“祖沖之2號(hào)”超導(dǎo)量子處理器的可編程能力，首次在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了平衡與非平衡二階拓?fù)湎嗟牧孔幽M與探測(cè)。在理論上，研究團(tuán)隊(duì)提出了針對(duì)高階拓?fù)湎嗟撵o態(tài)與Floquet量子線路設(shè)計(jì)方案，解決了在二維超導(dǎo)量子比特陣列中構(gòu)建高階平衡與非平衡拓?fù)涔茴D量的關(guān)鍵難題，并開(kāi)發(fā)了通用的動(dòng)力學(xué)拓?fù)錅y(cè)量框架。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員建立了系統(tǒng)化的處理器優(yōu)化方案，通過(guò)精密標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)了量子比特頻率與耦合強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)調(diào)控，在6×6量子比特陣列上，成功執(zhí)行了多達(dá)50個(gè)Floquet周期的演化操作，首次成功實(shí)現(xiàn)了四種不同類(lèi)型的非平衡二階拓?fù)湎?，并系統(tǒng)探索了該拓?fù)湎嗟哪茏V、動(dòng)力學(xué)行為、拓?fù)洳蛔兞康忍卣鳌?/p>

該成果標(biāo)志著二維可編程量子模擬能力的顯著提升。審稿人認(rèn)為這一工作：“擴(kuò)展到二維體系是一次顯著的提升，展示了豐富的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；所發(fā)展的測(cè)量與分析非平衡拓?fù)湮飸B(tài)的理論方法具有新穎性和趣味性?！?/p>

（中國(guó)科大供圖）

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