基于“祖冲之2号” 中国科大首次实现量子体系高阶非平衡拓扑相

近日，中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等学者合作，基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”，在量子体系中首次实现并探测了高阶非平衡拓扑相(HOTPs)。这一成果标志着在探索复杂拓扑物态的量子模拟研究中取得重要突破，也为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了关键基础。

拓扑相是近年来凝聚态物理与量子模拟领域的重要研究方向。与常规拓扑相不同，高阶拓扑相在更低维度的边界上出现局域态，挑战了传统的体-边对应关系。在量子系统中实现高阶拓扑相，一直是国际上面临的科学难题。实现这类物态不仅有助于揭示拓扑物态的量子本质，也为基于非阿贝尔统计的拓扑量子计算提供了可能的实现路径。随着研究深入，拓扑物态的研究正从平衡体系拓展至非平衡体系，成为凝聚态物理的一个重要前沿方向。非平衡拓扑相展现出平衡体系所不具备的特性，揭示了拓扑与动力学之间复杂而深刻的联系，从而为实现高精度、高鲁棒性的超快量子态操控提供了新的可能。

然而，二维非平衡高阶拓扑相的实验实现长期面临两大挑战：一是在量子体系中精确构造高阶非平衡拓扑哈密顿量;二是缺乏直接探测其非平衡拓扑性质的有效手段。

研究团队充分发挥“祖冲之2号”超导量子处理器的可编程能力，首次在实验中成功模拟并探测了平衡与非平衡条件下的二阶拓扑相。该成果标志着二维可编程量子模拟能力的显著提升。

《科学》期刊审稿人对该工作给予高度评价，认为“在以往一维实验基础上取得了重要突破，拓展至二维体系是一次显著进展，展现出丰富的实验能力;所发展的非平衡拓扑物态测量与分析方法兼具新颖性与启发性。”