我国科学技能大学我国科学院微观磁共振要点试验室杜江峰、王亚等人与理论协作者北京大学刘雄军等协作，在金刚石氮-空位（NV）色心系统的量子模仿试验研讨方面获得新进展。他们运用量子淬火动力学在试验上模仿了凝聚态系统中没有观测到的三维手性拓扑绝缘体，并榜首次对体内和外表的拓扑物理进行了全面的试验研讨。该研讨成果以Quantum simulation for Three-Dimensional Chiral Topological Insulator[Phys. Rev. Lett. 125, 020504 (2020)

　　凝聚态系统中拓扑物相的发现改造了对量子物质根本相知道，相关研讨成为凝聚态物理的干流研讨方向。拓扑资料的根本特性是在体内具有非普通拓扑，鸿沟则呈现和体拓扑相对应的鸿沟态。在曩昔的十多年里，人们在寻觅别致拓扑物质方面获得了很多打破，发现了许多新的拓扑相，如量子霍尔效应、对称维护的拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑超导体等。尽管如此，在理论预言的很多拓扑相中，现在仍只要很小的一部分在凝聚态试验中被调查到。量子模仿作为一种前沿的技能，能够逾越实在系统所受的约束，为探究和研讨各种奇特的量子物相供给了一种强有力的手法。许多拓扑物理在各种量子模仿器上成功完结，包含二维Haldane模型、自旋轨道耦合下的量子失常霍尔效应最小模型、一维手性拓扑相和三维半金属等。一般量子模仿器上只能模仿拓扑身形或许鸿沟态，但没办法做到一起模仿体内和鸿沟，从而准确研讨体-边对应。

　　最近北京大学刘雄军教授组提出了平衡态拓扑物相的动力学表征理论 [Science Bull. 63, 1385 (2018)]，能够在动量空间得到普适的体-面（能带回转面）对应，类同于拓扑相在实空间的体-边对应，为根据量子模仿研讨拓扑物性供给了理论根底。随后，中科大杜江峰院士和王亚教授等运用金刚石氮-空位缺点自旋系统首先在二维拓扑系统上试验观测到了该动力学体-边对应联系[Phys. Rev. A 100, 052338 (2019)]。

　　在本工作中，他们进一步将上述办法扩展到三维手性拓扑绝缘体这一没有在凝聚态系统中观测到的拓扑相中。他们在金刚石NV色心量子模仿器上，准确调控三维手性拓扑绝缘体在动量空间中的哈密顿量，运用量子态的动力学演化来表征哈密顿量，以此来完结拓扑物相的动力学表征。试验成果不只进一步支撑了理论办法在向高维拓扑系统拓宽的适用性，也调查到了对称性对拓扑相的维护、拓扑荷图画、以及衍生拓扑改变等一系列物理现象，加深了动力学拓扑物相研讨的了解，为更广泛的拓扑物相的研讨打下了根底。

　　试验中运用的金刚石固态单自旋系统因其在室温下就易于初始化、控制和读出，是当时开展较为老练的量子调控试验系统，在完结固态量子核算、量子模仿和量子精细丈量等研讨中具有非常好的使用远景。我国科学院微观磁共振要点试验室一直致力于该系统的量子相干控制和使用研讨，仅在量子模仿方向上就宣布了多篇高水平研讨论文[如Phys. Rev. Lett. 117, 060503 (2016), Phys. Rev. Lett. 120, 120501 (2018)等]。近年来，该团队深入开展金刚石色心样品制备等底层要害技能，已把握高纯金刚石样品的制备工艺，自主制备的NV色心在相干时刻T2*与荧光计数要害物理功能上到达世界抢先水平。正是得益于克己样品的优胜功能，以及该团队在固态自旋量子态准确控制上的抢先技能，才使得本次量子模仿试验研讨得以完结。未来经过逐渐开展与提高金刚石单自旋样品的功能、调控技能和单次读出勘探技能等，有望推动金刚石单自旋系统在量子信息范畴发生更广泛的使用。

　　我国科学院微观磁共振要点试验室博士研讨生季文韬和北京大学博士研讨生张林为一起榜首作者。该研讨得到了科技部、国家自然科学基金委、我国科学院和安徽省的赞助。

　　（我国科学院微观磁共振要点试验室、物理学院、合肥微标准物质科学国家研讨中心、