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中国量子相变领域重要理论突破——挑战经典KZ机制,也超越了传统的朗道对称性破缺理

中国量子相变领域重要理论突破——挑战经典KZ机制,也超越了传统的朗道对称性破缺理论框架!

宁波东方理工大学余雪佳团队,联合湖南大学、浙江大学,2026年8月28日成果正式刊发于国际顶级物理期刊《物理评论快报》。

很多人听过量子、相变,但不太懂KZ机制到底是什么。咱们打个通俗比方:Kibble-Zurek,也就是KZ机制,是过去几十年全球物理学界公认的一套标准规则,相当于量子相变领域通用的“交通法规”。最早这套理论用来解释宇宙早期演化,后来延伸到凝聚态、量子模拟,物理学家研究量子系统跨过相变临界点时产生的缺陷,全都依靠这套理论做计算、做预判。同时,长久以来大家还有一个固有认知:无能隙的量子临界点,不会存在拓扑边缘态,描述相变基本依靠朗道对称性破缺理论,简单理解就是:物质相变,本质是对称性发生改变。

这次我国科研团队实现全球首次,发现了由临界点拓扑边缘态主导的反常动力学行为,直接挑战沿用数十年的经典KZ机制,突破朗道理论的原有框架,属于量子相变领域重要的范式级理论突破 。团队对比横场伊辛模型、团簇伊辛模型两种体系后发现,量子系统内部主体区域还符合传统KZ规律,但系统边界,也就是拓扑边缘态,会催生出一套完全不一样的动力学变化规律,这套现象,旧理论解释不了。

放到全球范围横向对比,过去全球多国团队研究KZ机制,大多是在原有理论框架里做修正、补充边界条件,没有团队发现拓扑边缘态能彻底催生一套反常的临界动力学标度行为。余雪佳团队是国际上率先把拓扑边缘态和量子临界非平衡动力学结合,完整论证这套新物理规律的研究队伍,开辟了拓扑量子临界研究全新赛道。

这项成果带来的领先优势十分关键。以前大家做量子模拟实验,判断量子临界点拓扑特性,缺少直接观测的可行路径;现在这套新理论,给冷原子、离子阱、超导量子模拟器等现代量子模拟平台,提供了全新探测思路。简单来说,未来科研人员可以借助边界的反常动力学信号,去捕捉临界点隐藏的拓扑属性,帮助人类读懂更多新奇量子物态。

该成果发表于《物理评论快报》,这是物理学界公认的权威顶刊,研究填补了拓扑量子临界动力学长期存在的理论空白。该方向此前仅有零散的相关猜想,这套完整自洽的理论论证,得到国际同行高度关注,推动整个领域跳出传统相变理论的固有思维。

这项成果是后续量子模拟、新型拓扑量子器件、容错量子计算研发的重要理论地基。未来我们想要设计拓扑量子比特、开发新一代量子传感设备,都离不开对量子临界点拓扑性质的深度理解,这项研究刚好补齐了其中一块关键理论短板。

该成果拓宽了人类对量子相变底层规律的认知,打破经典理论带来的思维局限,为全球量子科技领域的后续实验探索指明全新研究方向,巩固我国在拓扑量子临界前沿方向的科研领跑地位。