观测拓扑预热强零模
量子物理
2025-09-03 v1 统计力学
摘要
对称保护拓扑相无法由任何局域序参量描述，超越了理解量子物质的常规对称性破坏范式。它们由保护对称性下的拓扑边界态特征，具有对尊重保护对称性的扰动的鲁棒性。在无无序的洁净系统中，这些边缘模式仅限于具有bulk能隙的系统基态，由于可移动的热激发， 在有限温度下将无法存活。本文我们报告了一种 distinct 的拓扑边缘模式类型，这些模式由涌现对称性保护，甚至在无限温度下仍可存活，我们通过一个由 100 个可编程超导量子比特构成的 array 实现了这一观测。具体而言，通过对 one-dimensional 无序的 cluster 哈密顿量的动力学进行数字量子模拟，我们观察到在宽范围温度下，持续存活至 30 个周期的鲁棒长寿命拓扑边缘模式。通过监测热激发的传播，我们表明尽管这些激发具有自由的可移动性，但它们与边缘模式的相互作用在 dimerized regime 由于涌现的 U(1)×U(1) 对称性而显著抑制，导致即使在无限温度下拓扑边缘模式也具有异常延长的寿命。此外，我们利用这些拓扑边缘模式作为逻辑量子比特，制备了一个逻辑 Bell 态，该态在 dimerized 和 off-resonant regime 中展现出持久的相干性，尽管系统无序且远离其基态。我们的结果确立了一种可行的数字模拟方法，用于实验探索各种有限温度拓扑相，并展示了一种潜在路径，用于构建在无序系统中存活至无限温度的长寿命稳健边界量子比特。
引用
@article{arxiv.2501.04688,
title = {Observation of topological prethermal strong zero modes},
author = {Feitong Jin and Si Jiang and Xuhao Zhu and Zehang Bao and Fanhao Shen and Ke Wang and Zitian Zhu and Shibo Xu and Zixuan Song and Jiachen Chen and Ziqi Tan and Yaozu Wu and Chuanyu Zhang and Yu Gao and Ning Wang and Yiren Zou and Aosai Zhang and Tingting Li and Jiarun Zhong and Zhengyi Cui and Yihang Han and Yiyang He and Han Wang and Jianan Yang and Yanzhe Wang and Jiayuan Shen and Gongyu Liu and Jinfeng Deng and Hang Dong and Pengfei Zhang and Weikang Li and Dong Yuan and Zhide Lu and Zheng-Zhi Sun and Hekang Li and Junxiang Zhang and Chao Song and Zhen Wang and Qiujiang Guo and Francisco Machado and Jack Kemp and Thomas Iadecola and Norman Y. Yao and H. Wang and Dong-Ling Deng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.04688},
year = {2025}
}