“祖冲之二号”再登Science！高阶复杂拓扑相量子模拟取得重要突破

主要观点总结

中国科学家基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相（HOTPs），相关论文发表于国际学术期刊《科学》。文章主要解读了拓扑在量子物理中的应用，以及科学家们如何在“祖冲之号”系列超导量子计算机上实现高阶非平衡拓扑相的模拟与探测。

关键观点总结

关键观点1: 中国科学家在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相（HOTPs）。

基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”实现并探测了高阶非平衡拓扑相，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。

关键观点2: 拓扑描述的是几何空间的整体性质，进入物理学中的方式是通过物质的“态”与“相”。

日常生活中物质的状态如气态、液态等，在现代物理学中更常用的概念是“相”。同一种“态”下可能存在许多不同的“相”，拓扑相是其中一种全新的理解方式。

关键观点3: 高阶拓扑相具备特殊的体-边对应关系，挑战了传统的对称性破缺理论。其在更低维度的边界上出现局域态。

高阶拓扑相的体态与边界态之间存在严格的对应关系，其边界上会出现稳定的、不受缺陷和杂质影响的边界态。研究团队首次实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相，并探索了其特征。

关键观点4: 研究团队基于“祖冲之2号”超导量子处理器的可编程能力，实现了平衡与非平衡二阶拓扑相的量子模拟与探测。

研究团队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。这一成果为未来探索更大规模更复杂物态提供了强大平台。