中國科大在拓撲相變量子模擬上取得重要進展

中新社合肥12月18日電 (記者 吳蘭)面包圈和茶杯拓撲等價，這是由于他們都有一個穿透的洞，而洞的個數是一個拓撲性質。

拓撲物態是當前物理研究的前沿和主流領域之一，為新材料、新器件的設計帶來了新的思路，乃至對人類深入理解宇宙基本粒子的性質都具有重要的意義。2016年，諾貝爾物理學獎便授予了在拓撲物理學方面作出開創性貢獻的三位科學家。

記者18日從中國科學技術大學獲悉，該校中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、林毅恒等人與中科院量子信息重點實驗室羅希望等合作，在拓撲相變量子模擬方面取得重要進展。相關研究成果發表在國際知名期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

科學家發現，拓撲在凝聚物質的一些物理特性上也起到關鍵作用，這些物理特性不依賴樣品的細節，完全由系統狀態的整體拓撲性質確定。而拓撲相變——具有不同拓撲性質的狀態之間的轉變——一定是不連續的躍變。

研究人員針對拓撲相變中的一類重要的費米子——三重簡并費米子模型進行實驗模擬。然而，在固體材料體系中，直接觀測這種三重簡并點的拓撲相變需要復雜的調控，目前難以實現。因此，高度可控的量子模擬器為研究拓撲現象提供了新的途徑。

研究中，通過使用在超高真空環境束縛的鈹離子，結合微波、射頻等的精準調控，構建多能級的量子體系，可以有效地觀測自旋為1的拓撲單極子的行為。通過調控實驗參數，研究人員清晰地觀測到量子態的拓撲相變，并且提取出高階自旋張量在其中的貢獻。