Percée majeure ! Des scientifiques réalisent et détectent des phases topologiques de non-équilibre d’ordre supérieur dans des systèmes quantiques
Pour la première fois dans un système quantique, des chercheurs ont réalisé et détecté des phases topologiques de non-équilibre d’ordre supérieur en utilisant le processeur quantique supraconducteur programmable « Zuchongzhi-2 ». Cette réalisation représente une avancée significative dans la simulation quantique pour explorer les états topologiques complexes de la matière et jette les bases pour démontrer l’avantage quantique dans les problèmes de simulation quantique en utilisant des processeurs quantiques supraconducteurs. Les résultats associés ont été publiés dans la revue scientifique internationale Science.
Les phases topologiques ont constitué une importante direction de recherche en physique de la matière condensée et en simulation quantique ces dernières années. Contrairement aux phases topologiques conventionnelles, les phases topologiques d’ordre supérieur présentent des états localisés à des frontières de dimension inférieure, remettant en cause la correspondance bulk-boundary traditionnelle. Bien que des phases topologiques d’ordre supérieur aient été réalisées expérimentalement dans des métamatériaux classiques, leur réalisation dans des systèmes quantiques est restée un défi scientifique de pointe à l’échelle mondiale. Réaliser des phases topologiques d’ordre supérieur aide non seulement à révéler la nature quantique des états topologiques, mais ouvre aussi des voies potentielles pour le calcul quantique topologique basé sur les statistiques non abéliennes.
L’équipe de recherche a tiré parti des capacités programmables du processeur quantique supraconducteur « Zuchongzhi-2 » pour réaliser, pour la première fois en expérience, la simulation et la détection quantiques de phases topologiques de second ordre, à la fois à l’équilibre et hors équilibre. Sur le plan théorique, l’équipe a proposé des conceptions de circuits quantiques statiques et de Floquet pour les phases topologiques d’ordre supérieur, surmontant les défis clés dans la construction des Hamiltoniens topologiques d’ordre supérieur, à l’équilibre et hors équilibre, dans des réseaux de qubits supraconducteurs bidimensionnels, et a développé un cadre de mesure topologique dynamique universel. Expérimentalement, les chercheurs ont établi des protocoles systématiques d’optimisation du processeur et, grâce à un étalonnage précis, ont atteint un contrôle dynamique des fréquences des qubits et des forces de couplage. Sur un réseau de qubits de 6×6, ils ont exécuté avec succès des opérations d’évolution couvrant jusqu’à 50 périodes de Floquet, réalisant pour la première fois quatre types différents de phases topologiques de second ordre hors équilibre, et ont systématiquement exploré des caractéristiques telles que les spectres d’énergie, les comportements dynamiques et les invariants topologiques de ces phases.
