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科学家首次脱离严格可解模型识别拓扑序—新闻

发布时间:2017-12-03 阅读:

  科学家首次将拓扑秩序与严格可解的模型区分开来 - News - Science Net

  上海科技网10月17日电(记者辛鑫)今天上午,复旦大学物理系孔令队和万艾堂队和中国科学技术大学中国科学院显微学重点实验室杜江峰,彭新华最新成果团队合作研究的长期形式在线发表在国际知名的学术期刊Nature Physics上。在本研究中,我们首先实现了利用自主创新开发的随机绝热方法,利用量子模拟来识别二维系统中的Z2拓扑量级,为今后对量子材料和量子计算的研究奠定了重要的基础。

  本文的第一作者是罗志煌,孔令新,万义顿,彭新华博士。中国科学技术大学显微磁共振重点实验室候选人。这项研究由国家自然科学基金,科技部,教育部,上海市科委和中国科学院共同资助。

  自20世纪80年代在分数量子霍尔系统中观察到第一个拓扑顺序以来,物质阶段的现代概念发生了巨大的增长。近几十年来,凝聚态物理的前沿研究一直以这种新拓扑物质态的研究为主。这一领域的研究不仅对新一代电子元器件和超导体非常重要,而且在未来的容错拓扑量子计算中也有潜在的应用。

  由于提出了拓扑的概念,区分凝聚态物理不同阶段的基本重要问题正面临着一个崭新的研究对象。这种新的拓扑秩序已经超出了传统的朗道对称破缺理论的描述范围,并出现了大量的理论研究。例如,使用基态退化,拓扑纠缠熵和退化基态非阿贝尔几何相(准粒子统计和拓扑自旋性质)。理论研究表明,模块群中S,T矩阵的非阿贝尔几何相位表示可以唯一地识别二维系统中的非手性玻色子拓扑有序。然而,拓扑有序的实验实现及其拓扑性质的实验探索一直面临着巨大的挑战。

  研究人员设计和实验证明,利用基态解析解的先验知识,只有系统哈密顿量形式可以直接测量和重构具有拓扑特征的S,T矩阵,并识别拓扑相位并得到其拓扑指纹。与此同时,研究人员介绍了一个偏离了精确可解模型的失谐项目和一个无序项目,这个项目破坏了所研究系统的哈密尔顿系统的所有意想不到的对称性。实验模拟了一类非零相关长度的不可解的自旋模型,并成功的应用了矩阵的变异实验,验证了该拓扑的鲁棒性和相空间中的相变点。另外,实验结合并改进了实验小组研制的新技术,利用随机绝热制备线性独立基态团,只需要研究制备哈密顿近似团点对称性信息,克服了以前的量子模拟实验中需要直接准备由基态获得的可解模型的困难。

  据万代顿介绍,这个问题的想法可以追溯到三年前。那时候,团队拿出了一个严格可解的模型的初步结果。后来,团队将焦点从可解性模型转移到了新的理论研究上,最终发现所研究的方法适用于更一般的非严格可解性模型。所以团队重新设计了整个实验,付出了很多的努力。

  谈到理论与实验的关系,孔令新深深地感动。然而,实验数据的初始处理并没有得到理想的结果。双方交流讨论后,通过实际操作反馈,不断改进和优化。最后,实验室成功实现了模具矩阵的重构。

  孔令新说,这样一个参与整个实验的机会尤为少见。理论研究往往是在纸上,真正的实验意识到原来的情况往往是非常复杂的。对于理论研究者来说,应该有更多的与实验者的互动,保持开放的心态,培养不同的兴趣爱好,不断尝试。

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