研究人员实现拓扑相变的量子模拟

拓扑是指在局部不断修改的情况下仍然保持不变的整体属性。咖啡杯和甜甜圈对数学家来说没有什么不同，因为它们具有相同的拓扑电荷。具有各种拓扑电荷的材料显示出不同的特性。探索不同拓扑状态之间的相变为新材料和新物理学带来了前景。

近日，中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)杜江峰教授、林一恒教授和罗希旺教授带领的研究团队通过实验观察了三元组之间的相变通过高度可控的量子模拟，获得具有不同拓扑电荷的退化点(TDP)。该研究发表在《物理评论快报》上。

研究人员对费米子系统中TDP之间的拓扑相变进行了量子模拟。通过比频场和微波场驱动的三能级捕获Be+离子，获得自旋1量子态。通过调整自旋-张量-动量耦合强度，研究人员观察了量子态的拓扑相变，并阐明了自旋张量所起的重要作用。

在构建多级俘获离子系统的同时，研究团队开发了各种技术来研究高自旋物理。他们通过动态解耦将相干时间延长了一个数量级。此外，他们还通过分析模型在四能级俘获离子系统上实现了快速量子控制技术。这些先前的努力为当前的研究奠定了基础。

该研究为未来探索新的拓扑现象铺平了道路。审稿人给予了高度评价，并指出“……重要的是，可以为自旋1系统生成自旋张量动量耦合，并引发不同于自旋1/2系统的有趣量子现象。这项工作很有趣，并且重要性。”