浙江大学90后特聘研究员，最新Nature!

远离平衡的量子多体系统拥有丰富多样的奇异现象，这些现象被平衡热力学所禁止。一个突出的例子是离散时间晶体，其中时间平移对称性在周期性驱动的系统中自发地被破坏。开创性的实验已经观察到具有捕获离子、固态自旋系统、超冷原子和超导量子位的时间结晶相的特征。

2022年7月20日，浙江大学王震及清华大学邓东灵共同通讯在Nature 在线发表题为“Digital quantum simulation of Floquet symmetry-protected topological phases”的研究论文，该研究报告了对一种不同类型的非平衡物质状态的观察，即 Floquet 对称保护拓扑相，这是通过具有可编程超导量子位阵列的数字量子模拟实现的。

该研究使用深度超过 240 并作用于 26 个量子位的电路，在多达 40 个驱动周期内观察到边缘自旋的稳健的长寿命时间相关性和次谐波时间响应。该研究证明了次谐波响应与初始状态无关，并通过实验绘制出 Floquet 对称保护拓扑和热相之间的相界。总之，该研究结果建立了一种通用的数字模拟方法，可以使用当前嘈杂的中等规模量子处理器来探索物质的奇异非平衡相。

对称保护拓扑 (SPT) 阶段的特点是非平凡的边缘状态，这些边缘状态被限制在系统边界附近并受到全局对称性的保护。在没有无序的清洁系统中，这些边缘状态通常只出现在具有大量能隙的系统的基态中。在有限温度下，它们通常会被移动热激发破坏。然而，添加强无序可以使系统多体局域化（MBL），即使在无限温度下也允许明确定义的拓扑相位和稳定的边缘状态。引人注目的是，拓扑相位和相应的边缘状态甚至可以在外部周期性驱动中幸存下来，只要驱动频率足够大以使定位持续存在。对称性、拓扑学、局部化和周期性驱动之间的相互作用导致了物质的各种特殊相，这些相仅在不平衡状态下才存在。理解和分类这些非常规阶段是一个众所周知的科学挑战。在理论方面，已经通过一系列数学技术获得了具有和不具有相互作用的周期性驱动（Floquet）系统的拓扑分类，揭示了许多没有平衡的“Floquet SPT”（FSPT）相同行。然而，仍然缺乏强大的分析工具或数值算法来彻底解决这些阶段及其向其他阶段的转变。在实验方面，离散时间晶体 (DTC) 的特征是超出平衡的奇异相的典型例子，已在广泛的系统中得到报道。然而，这些实验都没有将拓扑作为关键要素。最近在捕获离子量子计算机上模拟 FSPT 相的实验发现，由于设备中存在相干误差，该相是短暂的。实现长寿命的 FSPT 阶段，这需要拓扑、定位和周期性驱动的微妙并发，因此仍然是一个显著的实验挑战。该研究报告了对一种不同类型的非平衡物质状态的观察，即 Floquet 对称保护拓扑相，这是通过具有可编程超导量子位阵列的数字量子模拟实现的。

FSPT阶段和实验装置的示意图（图源自Nature ）该研究使用深度超过 240 并作用于 26 个量子位的电路，在多达 40 个驱动周期内观察到边缘自旋的稳健的长寿命时间相关性和次谐波时间响应。该研究证明了次谐波响应与初始状态无关，并通过实验绘制出 Floquet 对称保护拓扑和热相之间的相界。总之，该研究结果建立了一种通用的数字模拟方法，可以使用当前嘈杂的中等规模量子处理器来探索物质的奇异非平衡相。最后，不得不提王震研究员，他本硕博皆在浙江大学培养、博后仍然选择了浙江大学，2021年被特聘为浙江大学研究员，是一名90后。

转自： iNature

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