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研究快讯 | 在超导量子电路中演示非阿贝尔系统的量子几何张量测量
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EXPRESS LETTER
Measuring Quantum Geometric Tensor of Non-Abelian System in Superconducting Circuits
Wen Zheng (郑文), Jianwen Xu (徐建文), Zhuang Ma (马壮), Yong Li (李勇), Yuqian Dong (董煜倩), Yu Zhang (张煜), Xiaohan Wang (王晓晗), Guozhu Sun (孙国柱), Peiheng Wu (吴培亨), Jie Zhao (赵杰), Shaoxiong Li (李邵雄), Dong Lan (兰栋), Xinsheng Tan (谭新生), and Yang Yu (于扬)
Chin. Phys. Lett. 2022, 39 (10): 100202
DOI: 10.1088/0256-307X/39/10/100202
文章亮点
首次利用超导量子电路模拟了一个非阿贝尔系统Bernevig–Hughes–Zhang模型，测量其量子几何张量，为研究非阿贝尔系统的拓扑物理开辟了一种新途径。
图. 非阿贝尔系统中的量子几何张量和其中贝里曲率测量结果。左上：量子几何张量可以通过在由λ构成的参数空间中定义邻近两个态矢的距离dS得到，其中dS∶= |||Ψ0 (λ1+dλ1 )⟩ - |Ψ0 (λ1 )⟩||，参数λ=(λ1,λ2,λ3,λ4)。左下：实验测得Bernevig-Hughes-Zhang模型中的贝里曲率。右：超导量子电路样品示意图，系统由四个可调频率的超导transmon比特组成，比特之间通过电容耦合，通过调制控制比特频率的磁通驱动我们可以构筑非阿贝尔系统。
在超导量子电路中演示非阿贝尔系统的量子几何张量测量
研究背景
长期以来，量子几何张量在涵盖高能物理和凝聚态物理等多个领域的研究中发挥了非常重要的作用，它与许多著名的物理现象密切相关，例如凝聚态系统中的Aharonov-Bohm效应和拓扑序。相比于人们较熟悉的阿贝尔系统，非阿贝尔系统中的量子几何张量通常具有更为复杂的数学结构，相应地衍生出许多新奇的物理现象，例如四维量子霍尔效应和相应的量子相变，因此，实验上构建一个可以精确调控的非阿贝尔系统并能够研究其拓扑性质将极大地推动相关研究。
内容简介
本工作首次在超导量子电路中实现了非阿贝尔系统的量子几何张量测量。通过参数调制的方法，利用环形耦合的四个超导量子比特构筑了一个能精确调控的非阿贝尔系统。在弱场周期驱动下，测量系统本征基矢下的拉比振荡模式可以得到整个系统的量子几何张量。作者利用该方法模拟了Bernevig-Hughes-Zhang模型，通过测量拓扑不变量展示了其拓扑特征。测量结果很好地符合理论预期，表明这种实验方案是一种有效的量子模拟方法。
研究意义和重要性
该工作首次利用超导量子电路构筑了非阿贝尔系统并测量相应的量子几何张量，为探索量子模拟和量子系统中的奇异拓扑物质开辟了一种新的方法。
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为了保证重要研究成果的首发权和显示度，CPL于2012年6月开设了Express Letters栏目。此栏目发表速度快，学术质量高。截至2020年底，平均每篇被引用约20次，已经在国内物理学界建立起良好口碑与声望，来稿数量不断增加。
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