在量子物理與拓撲物態(tài)研究的國際賽道上，山西科研力量再添重磅成果。近日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Science》發(fā)表一項突破性研究——山西大學(xué)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合團隊，在國際上首次實現(xiàn)并探測了高階非平衡拓撲物態(tài)，為拓撲量子計算、高精度量子調(diào)控等前沿領(lǐng)域開辟了全新路徑，彰顯了山西在光量子技術(shù)領(lǐng)域的硬核實力。

此次研究由山西大學(xué)光量子技術(shù)與器件全國重點實驗室、激光光譜研究所賈鎖堂教授、梅鋒教授團隊，與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團隊攜手完成。山西大學(xué)張佳輝為論文共同第一作者，梅鋒教授作為山西方核心帶頭人，與中科大朱曉波教授、潘建偉教授共同擔(dān)任通訊作者，充分體現(xiàn)了山西科研團隊在核心技術(shù)研發(fā)與理論創(chuàng)新中的關(guān)鍵作用。

拓撲物態(tài)作為凝聚態(tài)物理的重要前沿，曾因顛覆傳統(tǒng)物態(tài)分類框架榮獲2016年諾貝爾物理學(xué)獎。而高階拓撲物態(tài)進一步突破了經(jīng)典體-邊對應(yīng)原理，其蘊含的零維拓撲角模具有獨特的非阿貝爾統(tǒng)計特性，被視為拓撲量子計算的理想物理平臺。近年來，物態(tài)研究從平衡態(tài)向非平衡態(tài)的跨越成為新趨勢，非平衡拓撲物態(tài)能呈現(xiàn)出拓撲泵浦、動力學(xué)拓撲相變等平衡態(tài)下不存在的新穎特性，為量子態(tài)的高精度操控提供了全新可能，但如何在量子體系中實現(xiàn)并探測這類特殊物態(tài)，一直是國際學(xué)界亟待破解的難題。

聯(lián)合團隊以可編程“祖沖之2號”超導(dǎo)量子處理器為核心平臺，攻克了三大關(guān)鍵技術(shù)瓶頸：設(shè)計出適配高階拓撲物態(tài)的超導(dǎo)比特陣列模型與量子編程線路，構(gòu)建了手征性量子動力學(xué)理論體系，建立了系統(tǒng)化的量子處理器優(yōu)化方案。通過對量子比特頻率與耦合強度的精密標(biāo)定和動態(tài)調(diào)控，團隊在6×6量子比特陣列上成功執(zhí)行了50個弗洛凱周期的量子演化操作，不僅首次實現(xiàn)了四種平衡與非平衡高階拓撲物態(tài)，更精準(zhǔn)觀測到拓撲保護的量子比特角模，系統(tǒng)揭示了非平衡拓撲準(zhǔn)能譜、動力學(xué)行為等核心特性，實驗結(jié)果與理論預(yù)言高度吻合。

“這一突破不僅解決了非平衡高階拓撲物態(tài)‘制備難、探測難’的國際難題，更標(biāo)志著我國在可編程量子模擬領(lǐng)域的能力達到新高度?！毖芯繄F隊介紹，該成果為非平衡強關(guān)聯(lián)拓撲物態(tài)的深入研究奠定了基礎(chǔ)，也為量子模擬實現(xiàn)“量子優(yōu)勢”提供了關(guān)鍵支撐，未來有望在拓撲量子計算、量子精密測量等領(lǐng)域展現(xiàn)重要應(yīng)用價值。

山西大學(xué)光量子技術(shù)與器件全國重點實驗室作為此次研究的重要參與單位，長期深耕量子信息科學(xué)領(lǐng)域，此次成果的發(fā)表是該實驗室依托極端光學(xué)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，整合山西省基礎(chǔ)研究計劃等資源支持，開展跨地域、跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新的生動實踐。近年來，山西持續(xù)加大基礎(chǔ)研究投入，聚焦光量子、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搭建高水平創(chuàng)新平臺，吸引集聚頂尖科研力量，此次晉皖聯(lián)合攻關(guān)登頂《Science》，正是山西科技創(chuàng)新生態(tài)持續(xù)優(yōu)化、科研實力穩(wěn)步提升的有力印證。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、山西省基礎(chǔ)研究計劃等項目的聯(lián)合支持，相關(guān)技術(shù)方案與研究數(shù)據(jù)已通過論文向國際學(xué)界公開，為全球拓撲物態(tài)與量子計算領(lǐng)域的研究提供了重要參考。