新加坡国立大学(NUS)的研究人员利用数字量子计算机成功模拟了高阶拓扑(HOT)晶格，精度达到了前所未有的水平。这些复杂的晶格结构可以帮助我们理解在各种技术应用中备受追捧的具有稳健量子态的先进量子材料。
物质的拓扑状态及其HOT对应物的研究引起了物理学家和工程师的极大关注。这种强烈兴趣源于拓扑绝缘体的发现——一种仅在表面或边缘导电而内部保持绝缘的材料。
由于拓扑结构独特的数学性质，沿边缘流动的电子不会受到材料中存在的任何缺陷或变形的阻碍。因此，由此类拓扑材料制成的设备在更强大的传输或信号传输技术方面具有巨大潜力。
由新加坡国立大学物理系助理教授LeeChingHua领导的研究小组利用多体量子相互作用，开发出一种可扩展的方法，将代表实际拓扑材料的大型高维HOT晶格编码到当今数字量子计算机中的简单自旋链中。他们的方法充分利用了量子计算机量子比特可以存储的指数级信息量，同时以抗噪声的方式最大限度地降低了量子计算资源需求。
此项进展为利用数字量子计算机模拟先进量子材料开辟了新方向，从而释放了拓扑材料工程的新潜力。该项研究成果已发表在《自然通讯》杂志上。
李教授表示：“目前在量子优势方面的突破性研究仅限于高度具体的定制问题。寻找量子计算机提供独特优势的新应用是我们工作的核心动机。”
李教授补充道：“我们的方法使我们能够在量子计算机上探索拓扑材料的复杂特征，其精度达到了以前无法达到的水平，即使对于存在于四维的假设材料也是如此。”
尽管目前噪声较大的中尺度量子(NISQ)设备存在局限性，但得益于内部开发的先进误差缓解技术，该团队能够以前所未有的精度测量高阶拓扑晶格的拓扑状态动态和受保护的中隙光谱。这一进步展示了当前量子技术探索材料工程新前沿的潜力。
模拟高维HOT晶格的能力为量子材料和拓扑状态开辟了新的研究方向，为未来实现真正的量子优势提供了一条潜在途径。
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