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中国首次实现量子体系高阶非平衡拓扑相 量子模拟重大突破

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2025-12-01 15:13:57  新华网

中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学梅锋等合作，基于可编程超导量子处理器“祖冲之二号”，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相。这一成果标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破，为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了基础。相关成果已在国际学术期刊《科学》发表。

中国首次实现量子体系高阶非平衡拓扑相

拓扑相是近年来凝聚态物理与量子模拟领域的重要研究方向。高阶拓扑相在更低维度的边界上出现了局域态，挑战了传统的体-边对应关系。尽管在经典超材料中已实现高阶拓扑相的实验，但在量子体系中的实现一直是国际前沿的科学难题。实现高阶拓扑相对揭示拓扑物态的量子本质和基于非阿贝尔统计的拓扑量子计算具有重要意义。

中国首次实现量子体系高阶非平衡拓扑相 量子模拟重大突破

研究团队利用“祖冲之二号”超导量子处理器的可编程能力，首次在实验中实现了平衡与非平衡二阶拓扑相的量子模拟与探测。理论上，研究团队提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案，解决了在二维超导量子比特阵列中构建高阶平衡与非平衡拓扑哈密顿量的关键难题，并开发了通用的动力学拓扑测量框架。实验中，研究人员通过系统化的处理器优化方案，实现了量子比特频率与耦合强度的动态调控，在6×6量子比特阵列上成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作，首次成功实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相，并系统探索了该拓扑相的能谱、动力学行为及拓扑不变量等特征。实验结果与理论预言一致。

中国首次实现量子体系高阶非平衡拓扑相 量子模拟重大突破

(责任编辑：zhangxiaohua)
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