中國科學家首次在量子體系中實現並探測高階非平衡拓撲相

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中國科學家首次在量子體系中實現並探測高階非平衡拓撲相

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2025-11-28 11:06 | 稿件來源：香港中通社

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香港中通社11月28日電中國科學家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。相關論文於11月28日發表於國際學術期刊《科學》（Science ）。

中國科學家在量子體系中實現并探測高階非平衡拓撲相圖源：央視新聞

該研究由中國科學技術大學與山西大學合作完成。綜合两校28日消息，拓撲物態超越了以對稱性破缺為核心的傳統物態分類框架，揭示了物態可由其全局拓撲不變性定義的新範式，被授予2016年諾貝爾物理學獎。高階拓撲物態作為該領域近年來的重要進展，從根本上深化了拓撲體—邊對應原理，揭示出拓撲保護現象可存在於維度更低的嵌套邊界中，例如零維拓撲角模。這類受拓撲保護的零能模具有非阿貝爾統計特性，為拓撲保護的量子信息處理提供了全新的物理實現平台。然而，如何在量子比特體系中實現並探測高階拓撲物態，仍是當前國際上面臨的前沿科學挑戰。

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，研究團隊提出了針對高階拓撲相的靜態與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，並開發了通用的動力學拓撲測量框架。在實驗上，研究人員建立了系統化的處理器優化方案，通過精密標定，實現了量子比特頻率與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能譜、動力學行為、拓撲不變量等特徵。