¡Gran avance! Científicos logran y detectan fases topológicas de no equilibrio de orden superior en sistemas cuánticos
Por primera vez en un sistema cuántico, investigadores han logrado y detectado fases topológicas de no equilibrio de orden superior utilizando el procesador cuántico superconductor programable «Zuchongzhi-2». Este logro representa un avance significativo en la simulación cuántica para explorar estados topológicos complejos de la materia y sienta las bases para demostrar la ventaja cuántica en problemas de simulación cuántica utilizando procesadores cuánticos superconductores. Los hallazgos relacionados han sido publicados en la revista académica internacional Science.
Las fases topológicas han sido una importante dirección de investigación en la física de la materia condensada y la simulación cuántica en los últimos años. A diferencia de las fases topológicas convencionales, las fases topológicas de orden superior exhiben estados localizados en límites de menor dimensión, desafiando la correspondencia tradicional volumen-frontera. Aunque las fases topológicas de orden superior se han realizado experimentalmente en metamateriales clásicos, lograrlas en sistemas cuánticos ha seguido siendo un desafío científico de vanguardia a nivel mundial. La realización de fases topológicas de orden superior no solo ayuda a revelar la naturaleza cuántica de los estados topológicos, sino que también proporciona vías potenciales para la computación cuántica topológica basada en estadísticas no abelianas.
El equipo de investigación aprovechó las capacidades programables del procesador cuántico superconductor «Zuchongzhi-2» para lograr, por primera vez en experimentos, la simulación cuántica y detección de fases topológicas de segundo orden tanto de equilibrio como de no equilibrio. Teóricamente, el equipo propuso diseños de circuitos cuánticos estáticos y de Floquet para fases topológicas de orden superior, superando desafíos clave en la construcción de hamiltonianos topológicos de equilibrio y no equilibrio de orden superior en arreglos bidimensionales de cúbits superconductores, y desarrolló un marco universal de medición topológica dinámica. Experimentalmente, los investigadores establecieron protocolos sistemáticos de optimización del procesador y, mediante una calibración precisa, lograron un control dinámico de las frecuencias de los cúbits y las fuerzas de acoplamiento. En un arreglo de cúbits de 6×6, ejecutaron con éxito operaciones de evolución que abarcan hasta 50 períodos de Floquet, realizando por primera vez cuatro tipos diferentes de fases topológicas de segundo orden de no equilibrio, y exploraron sistemáticamente características como los espectros de energía, los comportamientos dinámicos y los invariantes topológicos de estas fases.
