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（科技處供稿）近日,，我校吉林省量子計算與量子信息重點實驗室王洪福教授研究團隊在量子信息研究中取得重要進展：在一維周期調(diào)制的時變超導(dǎo)電路量子電動力學(xué)晶格中,，基于拓撲邊緣模之間的絕熱泵浦過程實現(xiàn)光子邊界激發(fā)的單向轉(zhuǎn)移行為,，并利用該非互易輸運現(xiàn)象設(shè)計新穎的量子光學(xué)裝置—拓撲保護的量子二極管,。相關(guān)研究成果以“一維時變超導(dǎo)電路中量子二極管的設(shè)計”（Engineering quantum diode in one-dimensional time-varying superconducting circuits）為題于2023年6月在量子信息權(quán)威期刊《npj Quantum Information》上在線發(fā)表，npj Quantum Information 9, 59 (2023),。

物質(zhì)拓撲相的發(fā)現(xiàn)是凝聚態(tài)物理學(xué)中的一個重要里程碑,，而拓撲絕緣體作為其中一個相關(guān)的研究課題始終吸引著廣泛的研究興趣和關(guān)注。拓撲絕緣體的顯著特征之一是系統(tǒng)中存在受拓撲保護的邊界模,，其分布在系統(tǒng)的邊界處并對局部的擾動和無序不敏感,。由于其出色的魯棒性，拓撲邊界模在量子信息處理和量子計算等研究領(lǐng)域中具有十分廣闊的應(yīng)用前景,。此外,，拓撲邊界模之間的絕熱泵浦是另一個重要的研究方向,，其依賴于系統(tǒng)含時參數(shù)的絕熱調(diào)節(jié)并能產(chǎn)生跨越整個晶格的激發(fā)輸運,，這為高效魯棒的量子態(tài)轉(zhuǎn)移和操控開辟了全新的途徑和方法。

近年來,，隨著微納制造及材料加工技術(shù)的快速發(fā)展,，超導(dǎo)電路量子電動力學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)成為用于實施晶格模型量子模擬的強有力平臺之一，其具有容易構(gòu)建和高度可控的優(yōu)點,，這歸因于其靈活的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性和獨立的參數(shù)可調(diào)性,。目前，通過超導(dǎo)電路量子電動力學(xué)晶格模擬拓撲絕緣體并基于拓撲邊界模之間的絕熱泵浦過程,，許多快速和魯棒的量子態(tài)轉(zhuǎn)移方案已經(jīng)被提出,。然而，在超導(dǎo)電路量子電動力學(xué)晶格中,，能否依據(jù)這一泵浦過程設(shè)計新穎的量子光學(xué)裝置,，引起了科學(xué)家們極大的興趣并受到越來越多的關(guān)注。

為探究這一問題,，王洪福教授研究團隊通過利用一維周期調(diào)制的時變超導(dǎo)電路量子電動力學(xué)晶格模擬二聚化的聚乙炔Su-Schrieffer-Heeger模型,，并基于系統(tǒng)中兩個特定拓撲邊緣模之間絕熱泵浦過程的非互易性設(shè)計構(gòu)建了受拓撲保護的量子二極管。研究發(fā)現(xiàn),，位于該晶格兩個邊界超導(dǎo)共振器處的光子激發(fā)之間的轉(zhuǎn)移是單向的,，這可實現(xiàn)由非互易輸運現(xiàn)象所表征的量子二極管，且該單向轉(zhuǎn)移的過程會隨著周期調(diào)制振幅的增加而變得越發(fā)明顯，這能提高由保真度所定義的該量子二極管的質(zhì)量,。為加速該量子二極管中的非互易輸運行為,，通過變換周期調(diào)制的形式并基于控制函數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計，一個更快速的單向轉(zhuǎn)移過程也得到了實現(xiàn),，且花費的時間可減少將近三分之一,。此外，該量子二極管抵御適度的無序的魯棒性也得到了進一步的驗證,。該研究成果為拓撲系統(tǒng)中量子輸運的應(yīng)用提供了獨特的思路和見解,，并在魯棒和高效量子態(tài)操控的設(shè)計和開發(fā)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

上述研究由我校和哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作完成,，論文第一作者為趙雪冬博士生,，是我校和哈爾濱工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生；王洪福教授,，劉樹田教授及崔文學(xué)副教授為論文共同通訊作者,。該研究得到了國家自然科學(xué)基金面上項目，延邊大學(xué)高端人才項目,，延邊大學(xué)優(yōu)秀科技創(chuàng)新團隊等項目經(jīng)費的支持,。

《npj Quantum Information》是自然出版集團與全球知名研究機構(gòu)以開放獲取形式出版的一系列在線出版物“自然合作期刊”（Nature Partner Journals, NPJ）之一，為多學(xué)科和跨學(xué)科期刊,，致力于發(fā)表關(guān)于量子信息的最佳研究,，包括量子計算，量子通信和量子信息理論,，考慮從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用和技術(shù)的杰出工作,。該期刊2022年的影響因子為10.758，中科院1區(qū)top期刊,。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41534-023-00729-1