央廣網(wǎng)上海10月17日消息（記者傅聞捷 通訊員方圓 宋晗煜 羅智煌）北京時間今天（17日）凌晨，復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系孔令欣團隊和萬義頓團隊同中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、彭新華團隊合作的最新成果以研究長文的形式在線發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理》（Nature Physics）雜志。該研究利用自主創(chuàng)新研發(fā)的隨機絕熱法，首次實現(xiàn)了利用量子模擬識別了二維系統(tǒng)中的Z2拓?fù)湫颍瑸槲磥硌芯苛孔游镔|(zhì)和實現(xiàn)量子計算打下了重要基礎(chǔ)。

　　該文章第一作者為中科大微觀磁共振重點實驗室博士生羅智煌，孔令欣、萬義頓和彭新華為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、教育部、上海市科學(xué)技術(shù)委員會和中科院的資助。

　　自二十世紀(jì)八十年代在分?jǐn)?shù)量子霍爾系統(tǒng)中首次觀測到拓?fù)湫蚝�，物質(zhì)相的現(xiàn)代概念經(jīng)歷了巨大的發(fā)展。近幾十年來，凝聚態(tài)物理的最前沿都被這類新的具有拓?fù)湫虻奈镔|(zhì)態(tài)的研究所主導(dǎo)。這個領(lǐng)域的研究不僅僅對新一代電子元件和超導(dǎo)體會十分重要，而且還在未來容錯拓?fù)淞孔佑嬎惴矫嬗兄鴿撛诘膽?yīng)用前景。

　　自拓?fù)湫虻母拍钐岢龊�，凝聚態(tài)物理中對不同相進(jìn)行區(qū)分的這一基本重要問題又面臨了一個全新的研究對象。這類新的拓?fù)湫虺�出了傳統(tǒng)的郎道對稱破缺理論描述的范疇，對此大量的理論研究工作不斷涌現(xiàn)，例如利用基態(tài)簡并度、拓?fù)浼m纏熵以及簡并基態(tài)的非阿貝爾幾何相（準(zhǔn)粒子統(tǒng)計和拓?fù)渥孕�性質(zhì)）等。理論研究表明非阿貝爾幾何相表現(xiàn)在模群中的S、T矩陣可以唯一識別二維系統(tǒng)中無手性玻色性拓?fù)湫�。然而，拓�(fù)湫虻膶嶒瀸崿F(xiàn)和其拓?fù)湫再|(zhì)的實驗探測一直以來面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

　　本工作中，研究人員利用量子模擬的方法設(shè)計并實驗演示了在不需要基態(tài)解析解的先驗知識——即只有系統(tǒng)哈密頓量形式也能直接測量和重構(gòu)出具有拓?fù)涮卣鞯腟、T矩陣，并識別出拓?fù)湎嗖�獲得其拓?fù)渲讣y。同時，研究人員在被研究體系哈密頓量中引入偏離精確可解模型的失諧項和破壞所有意外對稱性的無序項，實驗?zāi)�擬了一類具有非零關(guān)聯(lián)長度的不可解自旋模型，進(jìn)一步成功地利用模矩陣的突變實驗驗證了這類拓?fù)湫虼嬖诘聂敯粜砸约跋嗫臻g中的相變點。另外，實驗結(jié)合并改良了實驗組研發(fā)的新穎技巧，利用隨機絕熱法制備線性獨立的基態(tài)組，制備中僅僅需要被研究體系哈密頓量的近似點群對稱性的信息，克服了先前量子模擬實驗中需要直接制備按照可解模型求得的基態(tài)的困難。

　　據(jù)萬義頓介紹，關(guān)于這一課題的想法可以追溯到三年前。當(dāng)時，研究團隊在嚴(yán)格可解的模型中得出了初步結(jié)果。及后團隊將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到可解模型之外，進(jìn)行了新的理論研究，最終發(fā)現(xiàn)已經(jīng)探究出來的方法適用于非嚴(yán)格可解模型這樣更為一般的情形。于是團隊重新設(shè)計并進(jìn)行了整個實驗，投入了大量精力。

　　在談及理論和實驗的關(guān)系時，孔令欣感觸頗深。然而，對實驗數(shù)據(jù)的最初處理并沒有得到理想的結(jié)果，雙方經(jīng)過交流探討后，通過實際操作的反饋，對方法不斷改良和優(yōu)化，最終在實驗室中成功實現(xiàn)了模矩陣的重構(gòu)。

　　孔令欣表示，這樣一個能參與實驗全過程的機會尤為難得�！白隼碚撗芯亢芏鄷r候是‘紙上談兵’，真正的實驗實現(xiàn)才明白原來情形往往非常復(fù)雜。對理論研究者而言，應(yīng)該和實驗人員多交流，保持開放的思維，培養(yǎng)多元的興趣，不斷去嘗試。