記者從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰、王亞等人與理論合作者北京大學劉雄軍等合作，利用量子淬火動力學在實驗上模擬了凝聚態體系中尚未觀測到的三維手性拓撲絕緣體，並第一次對體內和表面的拓撲物理進行了全面的實驗研究。該研究成果日前發表在近期的《物理評論快報》上。
凝聚態體系中拓撲物相的發現革新了對量子物質基本相認識。在過去的十多年裡，人們在尋找新奇拓撲物質方面取得了大量突破，發現了諸多新的拓撲相，如量子霍爾效應、對稱保護的拓撲絕緣體、拓撲半金屬、拓撲超導體等。儘管如此，在理論預言的眾多拓撲相中，目前仍只有很小的一部分在凝聚態實驗中被觀察到。量子模擬作為一種前沿的技術，可以超越真實體系所受的限制，為探索和研究各種奇異的量子物相提供了一種強有力的手段。
科研人員在金剛石NV色心量子模擬器上，精確調控三維手性拓撲絕緣體在動量空間中的哈密頓量，利用量子態的動力學演化來表徵哈密頓量，從而實現拓撲物相的動力學表徵。實驗結果不僅進一步支持了理論方法在向高維拓撲體系拓展的適用性，也觀察到了對稱性對拓撲相的保護、拓撲荷圖像、以及衍生拓撲轉變等一系列物理現象，加深了動力學拓撲物相研究的理解，為更廣泛的拓撲物相的研究打下了基礎。
實驗中使用的金剛石固態單自旋體系因其在室溫下就易於初始化、操控和讀出，在實現固態量子計算、量子模擬和量子精密測量等研究中具有很好的應用前景。未來通過進一步發展與提升金剛石單自旋樣品的性能、調控技術和單次讀出探測技術等，有望推進金剛石單自旋體系在量子信息領域產生更廣泛的應用。
（文章來源：科技日報）