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一、清華導(dǎo)讀
? ? ? 2021年底，域突浙江大學(xué)發(fā)布了超導(dǎo)量子芯片，破登即“莫干1號”和“天目1號”，聯(lián)手量領(lǐng)料牛該團隊采用“莫干1號”芯片研究了Stark多體局域化，清華相關(guān)成果發(fā)表在國際物理學(xué)界知名期刊Physical Review Letters。域突其實，破登研究團隊已經(jīng)在10月11日向Nature投稿了另一項成果，聯(lián)手量領(lǐng)料牛今天，清華這項成果終于面世了！域突
? ? ? ? 受對稱性保護的破登拓?fù)?SPT)相的特征在于非平庸的邊緣態(tài)，這些狀態(tài)被限制在系統(tǒng)邊界附近，聯(lián)手量領(lǐng)料牛并受到全局對稱性的清華保護。在沒有無序的域突干凈系統(tǒng)中，這些邊緣態(tài)通常只出現(xiàn)在具有體能隙的系統(tǒng)的基態(tài)。在有限的溫度下，它們通常會被移動的熱激勵破壞。然而，加入強無序可以使系統(tǒng)多體局域化(MBL)，即使在無限溫度下也允許清晰定義的拓?fù)湎嗪头€(wěn)定的邊緣態(tài)。引人注目的是，只要驅(qū)動頻率足夠大，使得局域化持續(xù)存在，拓?fù)湎嗪拖鄳?yīng)的邊緣態(tài)甚至可以經(jīng)受住外部周期性的驅(qū)動。
????? 對稱性、拓?fù)鋵W(xué)、局域化和周期性驅(qū)動之間的相互作用產(chǎn)生了各種特殊的物相，這些相只在非平衡狀態(tài)下存在。對這些非常規(guī)相的理解和分類是重要的科學(xué)挑戰(zhàn)。在理論方面，已經(jīng)通過一系列數(shù)學(xué)方法得到了在有和沒有相互作用的周期驅(qū)動(Floquet)的系統(tǒng)的拓?fù)浞诸悾⒔沂玖嗽S多沒有平衡態(tài)對應(yīng)體的Floquet SPT(FSPT)相。然而，我們?nèi)匀蝗狈姶蟮姆治龉ぞ呋驍?shù)值算法來徹底解決這些相及其轉(zhuǎn)變。在實驗方面，離散時間晶體(DTC)的特征已在廣泛的系統(tǒng)得以報道。然而，這些實驗都沒有將拓?fù)渥鳛橐粋€關(guān)鍵因素加以考慮。
二、成果掠影
????? ?2022年7月20日，以浙江大學(xué)王震和清華大學(xué)鄧東靈為共同通訊作者，并聯(lián)合國內(nèi)外多個研究機構(gòu)的學(xué)者，在綜合性期刊Nature上發(fā)表了題為“Digital quantum simulation of Floquet symmetry-protected topological phases”的最新成果。
? ? ? 眾所周知，遠(yuǎn)離平衡的量子多體系統(tǒng)存在著各種各樣的奇異現(xiàn)象，這些現(xiàn)象會被平衡態(tài)熱力學(xué)所禁止。一個突出的例子是離散時間晶體，其時間平移對稱性在周期性驅(qū)動的系統(tǒng)中會發(fā)生自發(fā)破缺。前期一些開創(chuàng)性的實驗已經(jīng)觀察到了帶有俘獲離子的時間晶體相（Nature543, 217–220 (2017),?Science 372,1192–1196 (2021)）、固態(tài)自旋系統(tǒng)（Nature543, 221–225 (2017)）、超冷原子和超導(dǎo)量子位的特征。這項最新研究報道了對一種不同類型的非平衡物態(tài)的觀測，即受Floquet對稱性保護的拓?fù)湎?/strong>，這項研究是通過可編程超導(dǎo)量子位陣列的數(shù)字量子模擬實現(xiàn)的。研究者使用深度超過240并作用于26個量子位的電路，觀測了長達(dá)40個驅(qū)動周期的邊緣自旋的長壽命時間關(guān)聯(lián)性和亞諧波時間響應(yīng)，并且這一結(jié)果是相當(dāng)穩(wěn)健的（robust）。此外，研究者還證明了次諧波響應(yīng)與初始狀態(tài)無關(guān)，并通過實驗繪制出受Floquet對稱性保護的拓?fù)湎嗪蜔嵯啵╰hermal phase）之間的相邊界。這項研究建立了一種通用的數(shù)字模擬方法，即利用已有的帶噪聲的中間尺度量子處理器（Quantum2, 79 (2018)）來探索物質(zhì)的奇異非平衡相。
????? 根據(jù)同這篇論文一同發(fā)布的同行評議報告顯示，審稿人對其的評價如下：
? The experiments are carefully documented and support the statements in the paper. I think the topic will be of interest to physicists and quantum engineers alike；
?The experiment’s ability to faithfully realize a complex three-body ZXZ interaction is quite impressive.
三、核心創(chuàng)新點
√觀測了長達(dá)40個驅(qū)動周期的邊緣自旋的長壽命時間關(guān)聯(lián)性和亞諧波時間響應(yīng)
√ ?證明了次諧波響應(yīng)與初始狀態(tài)無關(guān)
四、數(shù)據(jù)概覽
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圖1 FSPT相和實驗裝置示意圖 ? 2022 The Authors
圖2 用26個可編程超導(dǎo)量子比特觀測FSPT相?? 2022 The Authors
圖3具有隨機初始SPT狀態(tài)的穩(wěn)定器的動力學(xué)特征?? 2022 The Authors
圖4?相變的數(shù)值相圖和實驗檢測?? 2022 The Authors
五、成果啟示
? ? ? ?用可編程超導(dǎo)量子處理器實驗性地觀察到了非平衡FSPT相的特征。與之前報道的常規(guī)時間晶體相反，這項研究發(fā)現(xiàn)離散的時間平移對稱性只在邊界處破缺，而不是在體相處破缺。研究者通過測量次諧波頻率的邊緣自旋的持續(xù)振蕩，并通過實驗證明FSPT相對驅(qū)動器中的對稱性擾動和實驗中的缺陷是相當(dāng)穩(wěn)健的。此外，還證明了邊界可觀測度的次諧波響應(yīng)與初始狀態(tài)無關(guān)。在這項研究中采用的數(shù)字量子模擬方法可以適用于模擬大量的非平衡系統(tǒng)，包括具有多體相互作用的非傳統(tǒng)拓?fù)湎唷?/p>
原文詳情：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04854-3?
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