研究核心成果 - 中国科学技术大学潘建伟院士、朱晓波教授及山西大学梅锋教授等团队，于2025年11月27日在《Science》期刊发表研究论文，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相[1] - 该研究基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”，标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破，为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了基础[1] 研究背景与科学挑战 - 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，其实现有助于揭示拓扑物态的量子本质，并为拓扑量子计算提供潜在实现途径[3] - 非平衡拓扑相表现出平衡体系不具备的特性，如拓扑抽运、动力学拓扑相变等，但二维非平衡高阶拓扑相的实验实现面临两大挑战：精确设计高阶非平衡拓扑哈密顿量，以及缺乏直接探测非平衡拓扑性质的有效方法[4] 理论与实验方法 - 研究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[5] - 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[5][6] 实验结果与意义 - 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，实验探测结果与理论预言一致[5][7] - 审稿人高度评价该工作，认为其在以往一维实验基础上取得重要突破，扩展到二维体系是一次显著提升，所发展的测量与分析非平衡拓扑物态的理论方法具有新颖性和趣味性[5]