在量子物理與拓撲物態(tài)研究的國際賽道上，山西科研力量再添重磅成果。近日，國際頂級學術期刊《Science》發(fā)表一項突破性研究——山西大學與中國科學技術大學聯(lián)合團隊，在國際上首次實現(xiàn)并探測了高階非平衡拓撲物態(tài)，為拓撲量子計算、高精度量子調控等前沿領域開辟了全新路徑，彰顯了山西在光量子技術領域的硬核實力。

此次研究由山西大學光量子技術與器件全國重點實驗室、激光光譜研究所賈鎖堂教授、梅鋒教授團隊，與中國科學技術大學潘建偉院士團隊攜手完成。山西大學張佳輝為論文共同第一作者，梅鋒教授作為山西方核心帶頭人，與中科大朱曉波教授、潘建偉教授共同擔任通訊作者，充分體現(xiàn)了山西科研團隊在核心技術研發(fā)與理論創(chuàng)新中的關鍵作用。

拓撲物態(tài)作為凝聚態(tài)物理的重要前沿，曾因顛覆傳統(tǒng)物態(tài)分類框架榮獲2016年諾貝爾物理學獎。而高階拓撲物態(tài)進一步突破了經(jīng)典體-邊對應原理，其蘊含的零維拓撲角模具有獨特的非阿貝爾統(tǒng)計特性，被視為拓撲量子計算的理想物理平臺。近年來，物態(tài)研究從平衡態(tài)向非平衡態(tài)的跨越成為新趨勢，非平衡拓撲物態(tài)能呈現(xiàn)出拓撲泵浦、動力學拓撲相變等平衡態(tài)下不存在的新穎特性，為量子態(tài)的高精度操控提供了全新可能，但如何在量子體系中實現(xiàn)并探測這類特殊物態(tài)，一直是國際學界亟待破解的難題。

聯(lián)合團隊以可編程“祖沖之2號”超導量子處理器為核心平臺，攻克了三大關鍵技術瓶頸：設計出適配高階拓撲物態(tài)的超導比特陣列模型與量子編程線路，構建了手征性量子動力學理論體系，建立了系統(tǒng)化的量子處理器優(yōu)化方案。通過對量子比特頻率與耦合強度的精密標定和動態(tài)調控，團隊在6×6量子比特陣列上成功執(zhí)行了50個弗洛凱周期的量子演化操作，不僅首次實現(xiàn)了四種平衡與非平衡高階拓撲物態(tài)，更精準觀測到拓撲保護的量子比特角模，系統(tǒng)揭示了非平衡拓撲準能譜、動力學行為等核心特性，實驗結果與理論預言高度吻合。

“這一突破不僅解決了非平衡高階拓撲物態(tài)‘制備難、探測難’的國際難題，更標志著我國在可編程量子模擬領域的能力達到新高度?！毖芯繄F隊介紹，該成果為非平衡強關聯(lián)拓撲物態(tài)的深入研究奠定了基礎，也為量子模擬實現(xiàn)“量子優(yōu)勢”提供了關鍵支撐，未來有望在拓撲量子計算、量子精密測量等領域展現(xiàn)重要應用價值。

山西大學光量子技術與器件全國重點實驗室作為此次研究的重要參與單位，長期深耕量子信息科學領域，此次成果的發(fā)表是該實驗室依托極端光學省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，整合山西省基礎研究計劃等資源支持，開展跨地域、跨學科協(xié)同創(chuàng)新的生動實踐。近年來，山西持續(xù)加大基礎研究投入，聚焦光量子、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，搭建高水平創(chuàng)新平臺，吸引集聚頂尖科研力量，此次晉皖聯(lián)合攻關登頂《Science》，正是山西科技創(chuàng)新生態(tài)持續(xù)優(yōu)化、科研實力穩(wěn)步提升的有力印證。

該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、山西省基礎研究計劃等項目的聯(lián)合支持，相關技術方案與研究數(shù)據(jù)已通過論文向國際學界公開，為全球拓撲物態(tài)與量子計算領域的研究提供了重要參考。