論文の概要: Measuring higher-order bulk topology in a programmable quantum simulator

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.16046v1
• Date: Mon, 12 Oct 2026 01:38:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-19 07:57:13.50471
• Title: Measuring higher-order bulk topology in a programmable quantum simulator
• Title（参考訳）: プログラマブル量子シミュレータにおける高次バルクトポロジーの測定
• Abstract要約: 有効強結合ハミルトニアンによって支配される1次元, 2次元, 3次元トポロジカル絶縁体の階層を探索する。 結果は、プログラム可能な3次元量子物質において、位相的に保護された状態を実現し、特徴づけ、操作するための経路を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Topological insulators lie outside the standard Landau paradigm: Instead of being characterized by local order parameters and spontaneous symmetry breaking, their defining properties are encoded in the global structure of their quantum states and manifested as robust boundary states. Crystalline higher-order topological insulators can extend this principle by hosting localized corner modes in two and higher dimensions. Although these boundary modes can be detected spectroscopically through the local density of states, determining the underlying bulk topology, for example through nested Wilson loops, remains an outstanding experimental challenge. Here we use up to 728 qubits in a superconducting analogue-digital quantum simulator to realize and probe a hierarchy of one-, two-, and three-dimensional topological insulators governed by effective tight-binding Hamiltonians. By reconstructing complex propagators from real-space measurements, we obtain complementary boundary and bulk characterizations: local densities of states reveal localized boundary modes, whereas experimentally reconstructed band projectors yield bulk topological invariants, culminating in a three-dimensional octupole moment extracted through third nested Wilson loops. These results establish a route to realizing, characterizing, and manipulating topologically protected states in programmable three-dimensional quantum matter.
• Abstract（参考訳）: 局所的な順序パラメータと自発的対称性の破れによって特徴づけられる代わりに、それらの定義特性は量子状態のグローバルな構造に符号化され、堅牢な境界状態として表される。 結晶性高次トポロジカル絶縁体は、局所化されたコーナーモードを2次元と高次元にホストすることで、この原理を拡張することができる。 これらの境界モードは、状態の局所密度によって分光的に検出できるが、例えばネストされたウィルソンループを通じて、基礎となるバルクトポロジーを決定することは、優れた実験的課題である。 ここでは超伝導アナログデジタル量子シミュレータで最大728量子ビットを使用して、1-, 2-, 3-次元トポロジカル絶縁体を効果的に束縛したハミルトニアンの階層化と探索を行う。 局所的な状態密度は局所的な境界モードを示すが、実験的に再構成されたバンドプロジェクターはバルク位相不変量を生成し、第三のネストされたウィルソンループから抽出された3次元オクタポールモーメントで終端する。 これらの結果は、プログラム可能な3次元量子物質において、位相的に保護された状態を実現し、特徴づけ、操作するための経路を確立する。

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