泵浦是周期性改變狀態來輸運物質的機械設備。1983年，英國物理學家David J. Thouless提出量子泵浦概念。隨后，他提出的量子泵浦現象被稱為Thouless泵浦。近年來，由于Thouless泵浦與整數量子霍爾效應具有相同的拓撲性質，引起了實驗和理論物理學家的關注。即使在引入無序情況下，Thouless泵浦會受到拓撲保護，具有一定的魯棒性。近期，拓撲安德森絕緣體被提出。該物相給出反直覺的物理，即無序也可以將拓撲平庸系統誘導為拓撲非平庸系統。因此，無序是否同樣能夠誘導拓撲泵浦這一問題便出現了。
前期，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國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等，在超導量子芯片制備、超導量子計算和量子模擬領域取得系列進展。近期，該團隊自主設計并制備了“莊子”號一維43比特量子芯片，并利用此芯片實現展示了霍夫施塔特蝴蝶能譜。科研人員在“莊子”號上構建了固態量子系統中的Thouless泵浦，探討了Thouless泵浦中拓撲與無序的競爭和相互影響。?
該研究運用弗洛凱周期調控技術構建了Rice-Mele模型，通過絕熱調制模型參數觀測到不同參數調控軌跡下的Thouless泵浦過程。研究驗證了單位調控周期粒子的輸運位移取決于參數調控軌跡的拓撲數。進一步，研究通過引入格點勢能無序觀測到輸運魯棒性。研究還通過調制拓撲平庸雙圈參數調控軌跡，觀測到格點勢能無序誘導的量子泵浦過程。同時，實驗觀測到Thouless泵浦在引入相互作用無序情況下的魯棒性。特別是，通過調控拓撲平庸的不包含原點的單圈參數調控軌跡，實驗觀測到準周期相互作用無序誘導的拓撲泵浦。這一成果可看作是拓撲安德森絕緣體的動力學版本，亦是實驗上的首次觀測。
相關研究成果以Interplay between disorder and topology in Thouless pumping on a superconducting quantum processor為題，發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院等的支持。
a、“莊子”號一維43比特量子處理器；b、弗洛凱周期調控技術構建Rice-Mele模型示意圖；c、不同參數調控軌跡對應的不同Thouless泵浦過程；d、格點勢能無序下Thouless泵浦的魯棒性；e、格點勢能無序誘導的量子泵浦；f、相互作用無序下Thouless泵浦的魯棒性；g、準周期相互作用無序誘導的量子泵浦
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