Esplorare la topologia con la tomografia selettiva nel momento

Abstract degli autori

Identificare e misurare gli invarianti topologici resta una sfida fondamentale, a causa della natura non locale degli autostati del momento nello spazio reale. Gli approcci consolidati basati sulle oscillazioni di Bloch, sulle passeggiate quantistiche, sul pompaggio di carica e sulla dinamica di quench, in genere non forniscono informazioni geometriche dipendenti dal momento di ciascuno stato di Bloch. Qui proponiamo un nuovo quadro per realizzare la tomografia diretta della topologia di banda mediante misure selettive nel momento e ne dimostriamo sperimentalmente l’efficacia su un processore superconduttore dotato di un’architettura di accoppiamento altamente connessa. Utilizzando una geometria «a stella», in cui una sonda ausiliaria si accoppia a una catena topologica unidimensionale con intensità di accoppiamento modulate nello spazio, selezioniamo gli stati di momento desiderati della catena. Questo approccio consente di estrarre direttamente e in modo robusto la fase di avvolgimento che contribuisce al relativo invariante topologico. Sfruttando accoppiatori non locali collegati da lunghi airbridge di tantalio, realizziamo un modello Su-Schrieffer-Heeger (SSH) esteso e mappiamo il suo diagramma completo delle fasi topologiche. Attraverso un’analisi di Fourier annidata nel tempo e nello spazio, estraiamo direttamente la fase di avvolgimento in tutta la zona di Brillouin e risolviamo numeri di avvolgimento quantizzati di $ν=\{0,\pm1,2\}$, caratterizzati da avvolgimenti di fase pari a $\{0, \pm 2π,4π\}$. Il nostro lavoro stabilisce uno strumento versatile per sondare le caratteristiche topologiche e apre una nuova strada verso architetture robuste di computazione quantistica basate sulla protezione topologica.