Tembusan Besar! Ilmuwan Capai dan Deteksi Fase Topologi Non-Kesetimbangan Tingkat Tinggi dalam Sistem Kuantum
Untuk pertama kalinya dalam sistem kuantum, peneliti berhasil mencapai dan mendeteksi fase topologi non-kesetimbangan tingkat tinggi menggunakan prosesor kuantum superkonduktor terprogram “Zuchongzhi-2.” Pencapaian ini merupakan tembusan signifikan dalam simulasi kuantum untuk mengeksplorasi keadaan topologi materi yang kompleks dan meletakkan fondasi untuk mendemonstrasikan keunggulan kuantum dalam masalah simulasi kuantum menggunakan prosesor kuantum superkonduktor. Temuan terkait telah dipublikasikan di jurnal akademik internasional Science.
Fase topologi telah menjadi arah penelitian penting dalam fisika materi terkondensasi dan simulasi kuantum beberapa tahun terakhir. Berbeda dengan fase topologi konvensional, fase topologi tingkat tinggi menunjukkan keadaan terlokalisasi di batas berdimensi lebih rendah, menantang korespondensi batas-bulk tradisional. Meskipun fase topologi tingkat tinggi telah direalisasikan secara eksperimental dalam metamaterial klasik, mencapainya dalam sistem kuantum tetap menjadi tantangan ilmiah mutakhir secara global. Merealisasikan fase topologi tingkat tinggi tidak hanya membantu mengungkap sifat kuantum keadaan topologi tetapi juga menyediakan jalur potensial untuk komputasi kuantum topologi berdasarkan statistik non-Abelian.
Tim penelitian memanfaatkan kemampuan terprogram dari prosesor kuantum superkonduktor “Zuchongzhi-2” untuk mencapai, untuk pertama kalinya dalam eksperimen, simulasi kuantum dan deteksi fase topologi tingkat dua kesetimbangan dan non-kesetimbangan. Secara teoretis, tim mengusulkan desain sirkuit kuantum statis dan Floquet untuk fase topologi tingkat tinggi, mengatasi tantangan kunci dalam membangun Hamiltonian topologi kesetimbangan dan non-kesetimbangan tingkat tinggi dalam susunan qubit superkonduktor dua dimensi, dan mengembangkan kerangka kerja pengukuran topologi dinamis universal. Secara eksperimental, peneliti membangun protokol optimisasi prosesor sistematis dan, melalui kalibrasi presisi, mencapai kontrol dinamis frekuensi qubit dan kekuatan kopling. Pada susunan qubit 6×6, mereka berhasil mengeksekusi operasi evolusi hingga 50 periode Floquet, merealisasikan empat jenis berbeda fase topologi tingkat dua non-kesetimbangan untuk pertama kalinya, dan secara sistematis mengeksplorasi karakteristik seperti spektrum energi, perilaku dinamis, dan invarian topologi dari fase-fase ini.
