微观普适理论中的对称增强拓扑量子自旋液体
一种物质相的终极理论应当能够通过数值和实验可测量的量来描述其所有普适性质。本研究提出了一种用于二维空间中对称性增强拓扑量子自旋液体(TQSL)的微观普适理论,该理论直接利用微观可测量量来描述这些普适性质。该理论适用于包括阿贝尔型或非阿贝尔型、手性或非手性在内的各类TQSL。所涉及的对称性同样具有一般性,可涵盖内禀对称性与晶格对称性、幺正对称性与反幺正对称性、以及离散对称性与连续对称性。系统中可存在自旋-轨道耦合,微观自由度在对称性作用下可呈线性变换或投影变换,且对称性可置换任意子。该理论的输入是包含任意子的微观状态、控制任意子动力学的算符以及TQSL中的对称作用;输出则是一组表征普适性质的数据,其底层数学结构为范畴论的推广。基于该理论,本团队发现了一种显式的双射映射关系:一方面是由群\(G\)描述的对称性(对称作用可包含晶格对称性和内禀对称性)所表征的TQSL的普适数据,另一方面是仅具有内禀对称群\(G\)的TQSL对应的普适数据,由此确立了精确的晶体等价原理。本团队在基于超导量子比特、离子阱和里德伯原子实现的量子处理器上所构建的对称性增强TQSL中验证了该理论,并在每个实例中检验了Lieb-Schultz-Mattis反常匹配条件。该理论为识别和操控对称性增强TQSL提供了坚实基础,进一步为基于这些系统的容错量子计算铺平了道路。

