近日，山西大學(xué)激光光譜研究所梅鋒教授研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了拓?fù)浔Ｗo(hù)的量子線路和拓?fù)湮飸B(tài)的數(shù)字量子模擬，相關(guān)研究成果“Digital Simulation of Topological Matter on Programmable Quantum Processors”于2020年10月15日發(fā)表在物理學(xué)頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。梅鋒教授為該論文的第一作者和共同通訊作者。論文主要合作者還包括我校賈鎖堂教授、肖連團(tuán)教授、南京大學(xué)朱詩(shī)亮教授以及華南師范大學(xué)於亞飛副教授。 1I{vBeMj  
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拓?fù)湮飸B(tài)是數(shù)學(xué)中的拓?fù)鋵W(xué)概念在物理系統(tǒng)中的體現(xiàn)，拓?fù)湮飸B(tài)具有全新的拓?fù)浔Ｗo(hù)物性，可用來(lái)實(shí)現(xiàn)能量和信息的無(wú)損耗單向傳播，可用于實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔Ｗo(hù)的大規(guī)模容錯(cuò)量子計(jì)算。近年來(lái)，利用人工量子體系模擬拓?fù)湮飸B(tài)，成為國(guó)際上的前沿研究熱點(diǎn)。量子模擬分為類(lèi)比量子模擬和數(shù)字量子模擬。對(duì)于拓?fù)湮飸B(tài)的量子模擬，目前的研究主要集中于類(lèi)比量子模擬，如何實(shí)現(xiàn)拓?fù)湮飸B(tài)的數(shù)字量子模擬，即模擬拓?fù)湮飸B(tài)的量子算法，一直是國(guó)際上懸而未決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。 K`{P/w  
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針對(duì)這一問(wèn)題，激光光譜研究所研究團(tuán)隊(duì)首次提出并驗(yàn)證了基于單比特和兩比特量子門(mén)組成的量子算法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)自旋軌道耦合和拓?fù)湮飸B(tài)的數(shù)字量子模擬和探測(cè)。如圖1，通過(guò)量子信息處理器中的量子比特來(lái)模擬自旋，利用單比特和兩比特量子門(mén)組成的量子線路來(lái)模擬自旋軌道耦合哈密頓量的含時(shí)演化。研究表明，拓?fù)洳蛔兞亢屯負(fù)溥吔鐟B(tài)都可以被數(shù)字量子模擬器探測(cè)和觀察。如圖2，研究團(tuán)隊(duì)在8量子比特的IBM量子信息處理器上，設(shè)計(jì)了產(chǎn)生拓?fù)湮飸B(tài)的量子算法，實(shí)驗(yàn)觀察并區(qū)分了拓?fù)浔Ｗo(hù)的零能和Pi能邊界態(tài)，成功地實(shí)現(xiàn)了拓?fù)湮飸B(tài)的數(shù)字量子模擬。 HIsIW%B  
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這項(xiàng)工作獲得了量子光學(xué)與光量子器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、極端光學(xué)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目以及國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。 ]w`)"{j5m  
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論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.160503