核心观点 - 中国科学技术大学等合作团队基于“祖冲之二号”超导量子处理器，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相，标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向取得重要突破，为在量子模拟问题上实现量子优势奠定基础 [1] 研究成果与意义 - 该成果在国际学术期刊《科学》上发表 [1] - 实现高阶拓扑相有助于揭示拓扑物态的量子本质，并为基于非阿贝尔统计的拓扑量子计算提供了潜在实现途径 [3] 技术实现与实验细节 - 研究团队基于“祖冲之二号”的可编程能力，首次在实验中实现了平衡与非平衡二阶拓扑相的量子模拟与探测 [5] - 团队提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案，解决了在二维超导量子比特阵列中构建高阶平衡与非平衡拓扑哈密顿量的关键难题，并开发了通用的动力学拓扑测量框架 [6] - 通过精密标定实现量子比特频率与耦合强度的动态调控，在6×6量子比特阵列上成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作 [6] - 首次成功实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相，并系统探索了该拓扑相的能谱、动力学行为、拓扑不变量等特征 [6] - 实验实现了对于非平衡二阶拓扑物态准能谱信息的探测，与理论预言结果一致 [7] 研究背景与挑战 - 高阶拓扑相在更低维度的边界上出现局域态，挑战了传统的体-边对应关系 [3] - 尽管在经典超材料中已实现高阶拓扑相的实验，但在量子体系中实现高阶拓扑相一直是国际前沿的科学挑战 [3]