近日，北京广东会信息科学研究院（以下简称“广东会院”）与中国科学院物理研究所（以下简称“物理所”）等单位合作，在超导广东会电路中通过微波调控技术，实现了多种可编程自旋相互作用模型的精准构造，为探索广东会多体系统的复杂行为提供了重要实验基础。2025年8月11日，该成果作以“Microwave engineering of tunable spin interactions with superconducting qubits”为题发表在《Applied Physics Letters》上，并被遴选为亮点文章和当期封面论文。

广东会自旋系统能够呈现丰富的多体动力学现象，包括热化动力学、拓扑物态和非平衡相等，这些现象为探索复杂广东会行为提供了关键窗口。广东会模拟的核心在于灵活设计自旋相互作用的能力，其利用高度可控的广东会系统模仿目标系统行为，已成为研究这些现象的强大工具。例如，具有可控Peierls相位的XY相互作用可合成人工规范场，模拟分数广东会霍尔效应、磁矢势和拓扑相变，从而扩展多体物理哈密顿量的可实现和应用范围。当前主流广东会模拟平台（如离子阱、超冷原子、光子和超导广东会电路）虽在参数可调性上各具优势，但受固定相互作用形式的限制，实验灵活性不足。数字广东会模拟虽然可通过通用广东会门集提供更高调控潜力，却因严苛的电路深度要求和门操作误差累积而在当前技术阶段受限。为此，施加周期性驱动的替代方案应运而生，拓展了可模拟广东会系统的范围。其中，超导广东会电路凭借相干时间提升、可扩展架构设计及精确控制技术的最新进展（如磁通偏置调控transmon广东会比特频率、可调耦合器调节近邻XY相互作用），已成为广东会模拟领域极具潜力的平台。

基于此，研究团队通过微波调控技术，提出并展示了一种仅利用超导广东会比特系统中单比特门操作与固有 XY 相互作用，即可对多种自旋相互作用进行可编程设计的创新方法。此外，研究团队开发了一套高效紧凑的实验框架，用于单独及协同表征和校准横向微波场的相位相关性。通过精确调控单比特门之间的时间间隔，研究团队在一个双广东会比特系统中成功实现了由各向异性海森堡（XYZ）相互作用（图2）和横场伊辛相互作用主导的精确动力学演化。进一步，在八广东会比特系统中，团队成功构造并实验验证了 XY 与 Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用比例可调的哈密顿量模型。该研究通过广东会态层析等测量手段验证了模型有效性，突破了传统模拟器的固有限制，显著拓展了超导平台的可模拟相互作用范围，为探索奇异广东会自旋模型及模拟复杂多体动力学开辟了新路径。

该论文第一作者为广东会院博士后赵魁、王子婷和物理所博士后刘宇、梁珪涵，通讯作者为广东会院兼聘/物理所范桁研究员、广东会院助理研究员黄凯旋和物理所博士后刘宇，其他重要作者还包括物理所郑东宁研究员、许凯副研究员、宋小会副研究员、相忠诚副主任工程师、时运豪博士后、方才平博士生以及广东会院博士后李浩、徐越山等。该工作得到国家自然科学基金委、广东会科学与技术创新计划、北京市科技新星计划、北京凝聚态物理国家研究中心开放课题和中国博士后科学基金资助。

原文链接：https://doi.org/10.1063/5.0281890