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泵浦是周期性改變狀態(tài)來(lái)輸運(yùn)物質(zhì)的機(jī)械設(shè)備。1983年，英國(guó)物理學(xué)家David J. Thouless提出量子泵浦概念。隨后，他提出的量子泵浦現(xiàn)象被稱(chēng)為T(mén)houless泵浦。近年來(lái)，由于Thouless泵浦與整數(shù)量子霍爾效應(yīng)具有相同的拓?fù)湫再|(zhì)，引起了實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)家的關(guān)注。即使在引入無(wú)序情況下，Thouless泵浦會(huì)受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，具有一定的魯棒性。近期，拓?fù)浒驳律^緣體被提出。該物相給出反直覺(jué)的物理，即無(wú)序也可以將拓?fù)淦接瓜到y(tǒng)誘導(dǎo)為拓?fù)浞瞧接瓜到y(tǒng)。因此，無(wú)序是否同樣能夠誘導(dǎo)拓?fù)浔闷诌@一問(wèn)題便出現(xiàn)了。前期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心研究員范桁、副研究員許凱、研究員鄭東寧、副主任工程師相忠誠(chéng)等，在超導(dǎo)量子芯片制備、超導(dǎo)量子計(jì)算和量子模擬領(lǐng)域取得系列進(jìn)展。近期，該團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)并制備了“莊子”號(hào)一維43比特量子芯片，并利用此芯片實(shí)現(xiàn)展示了霍夫施塔特蝴蝶能譜。科研人員在“莊子”號(hào)上構(gòu)建了固態(tài)量子系統(tǒng)中的Thouless泵浦，探討了Thouless泵浦中拓?fù)渑c無(wú)序的競(jìng)爭(zhēng)和相互影響。?該研究運(yùn)用弗洛凱周期調(diào)控技術(shù)構(gòu)建了Rice-Mele模型，通過(guò)絕熱調(diào)制模型參數(shù)觀測(cè)到不同參數(shù)調(diào)控軌跡下的Thouless泵浦過(guò)程。研究驗(yàn)證了單位調(diào)控周期粒子的輸運(yùn)位移取決于參數(shù)調(diào)控軌跡的拓?fù)鋽?shù)。進(jìn)一步，研究通過(guò)引入格點(diǎn)勢(shì)能無(wú)序觀測(cè)到輸運(yùn)魯棒性。研究還通過(guò)調(diào)制拓?fù)淦接闺p圈參數(shù)調(diào)控軌跡，觀測(cè)到格點(diǎn)勢(shì)能無(wú)序誘導(dǎo)的量子泵浦過(guò)程。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到Thouless泵浦在引入相互作用無(wú)序情況下的魯棒性。特別是，通過(guò)調(diào)控拓?fù)淦接沟牟话c(diǎn)的單圈參數(shù)調(diào)控軌跡，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到準(zhǔn)周期相互作用無(wú)序誘導(dǎo)的拓?fù)浔闷?。這一成果可看作是拓?fù)浒驳律^緣體的動(dòng)力學(xué)版本，亦是實(shí)驗(yàn)上的首次觀測(cè)。相關(guān)研究成果以Interplay between disorder and topology in Thouless pumping on a superconducting quantum processor為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。a、“莊子”號(hào)一維43比特量子處理器；b、弗洛凱周期調(diào)控技術(shù)構(gòu)建Rice-Mele模型示意圖；c、不同參數(shù)調(diào)控軌跡對(duì)應(yīng)的不同Thouless泵浦過(guò)程；d、格點(diǎn)勢(shì)能無(wú)序下Thouless泵浦的魯棒性；e、格點(diǎn)勢(shì)能無(wú)序誘導(dǎo)的量子泵浦；f、相互作用無(wú)序下Thouless泵浦的魯棒性；g、準(zhǔn)周期相互作用無(wú)序誘導(dǎo)的量子泵浦