Importante svolta! Gli scienziati realizzano e rilevano fasi topologiche di non-equilibrio di ordine superiore nei sistemi quantistici
Per la prima volta in un sistema quantistico, i ricercatori hanno realizzato e rilevato fasi topologiche di non-equilibrio di ordine superiore utilizzando il processore quantistico superconduttivo programmabile “Zuchongzhi-2”. Questo risultato rappresenta una svolta significativa nella simulazione quantistica per esplorare complessi stati topologici della materia e getta le basi per dimostrare il vantaggio quantistico in problemi di simulazione quantistica utilizzando processori quantistici superconduttivi. I risultati correlati sono stati pubblicati sulla rivista accademica internazionale Science.
Le fasi topologiche sono state un’importante direzione di ricerca nella fisica della materia condensata e nella simulazione quantistica negli ultimi anni. A differenza delle fasi topologiche convenzionali, le fasi topologiche di ordine superiore presentano stati localizzati ai confini di dimensione inferiore, sfidando la tradizionale corrispondenza bulk-bordo. Sebbene le fasi topologiche di ordine superiore siano state realizzate sperimentalmente nei metamateriali classici, realizzarle nei sistemi quantistici è rimasta una sfida scientifica all’avanguardia a livello mondiale. La realizzazione di fasi topologiche di ordine superiore non solo aiuta a rivelare la natura quantistica degli stati topologici, ma fornisce anche potenziali percorsi per il calcolo quantistico topologico basato su statistiche non abeliane.
Il team di ricerca ha sfruttato le capacità programmabili del processore quantistico superconduttivo “Zuchongzhi-2” per realizzare, per la prima volta in esperimenti, la simulazione e il rilevamento quantistico sia di fasi topologiche di secondo ordine in equilibrio che di non-equilibrio. Teoricamente, il team ha proposto progetti di circuiti quantistici statici e di Floquet per fasi topologiche di ordine superiore, superando le sfide chiave nella costruzione di Hamiltoniani topologici di equilibrio e non-equilibrio di ordine superiore in array bidimensionali di qubit superconduttivi, e ha sviluppato un quadro universale di misurazione topologica dinamica. Sperimentalmente, i ricercatori hanno stabilito protocolli sistematici di ottimizzazione del processore e, attraverso una calibrazione precisa, hanno ottenuto il controllo dinamico delle frequenze dei qubit e delle intensità di accoppiamento. Su un array di qubit 6×6, hanno eseguito con successo operazioni di evoluzione fino a 50 periodi di Floquet, realizzando per la prima volta quattro diversi tipi di fasi topologiche di secondo ordine di non-equilibrio, ed esplorando sistematicamente caratteristiche come spettri energetici, comportamenti dinamici e invarianti topologici di queste fasi.
