我国科学技术大学杜江峰院士领导的中科院微观磁共振要点试验室与新加坡国立大学龚江滨教授的理论研讨组协作，使用金刚石中的单自旋量子模拟器，初次完成了广义索利斯泵的试验观测。研讨成果宣布在3月19日的《物理谈论快报》上[Phys.Rev.Lett.120,120501(2018)]。

  相传两千多年前，阿基米德规划了一种机械设备，用于把水从低处抽往高处。该设备被称为阿基米德螺旋泵，它的主体由一个圆筒和筒内的一长串螺旋叶片构成，叶片每旋转一周，筒内的水就往上推动一个螺距。1983年，闻名凝聚态物理学家索利斯（D.J.Thouless）提出了一种量子泵：考虑一个捆绑着微观粒子的一维无限长的周期势阱，满足缓慢地调整该势阱的形状，一起坚持其空间周期性，而且使得调整结束时势阱恢复。索利斯指出，该进程引发的粒子输运是整数，该整数与参数空间的拓扑性质有关。此现象被称为索利斯泵，相当于整数量子霍尔效应的动态版别。人们对这一现象进行了广泛研讨，索利斯自己也因在拓扑相变和拓扑相范畴的发现而获得了2016年诺贝尔物理学奖。

  在索利斯的研讨中，不考虑初态在不同能带间的量子相干，也就是说，对初态的带间相干予以疏忽。可是作为量子系统的一个基本特征，量子相干是许多量子物理现象的本源。因而，一个问题便天然呈现了：关于索利斯泵而言，假如初态有带间相干会怎么？近年来有理论研讨标明，初态的带间相干会对输运的粒子数发生奉献，而且这一部分奉献具有共同的性质：它是接连可调的，既依赖于能隙的巨细，也依赖于含时参数在泵敞开阶段的改变速率。此现象被称为广义索利斯泵，它与阿基米德螺旋泵略有相似之处——叶片每旋转一周所泵出的水量也能够被接连地调理。与之构成比照的是，在传统的索利斯泵中，输运的粒子数受制于拓扑性质，不能被接连地调理。

  图：两能带模型上的索利斯泵。这儿的E、k和τ别离是能量、准动量和归一化的时刻。(a)在传统的索利斯泵中，初态没有带间相干，输运的粒子数Qa+Qb由每个能带的布居数别离奉献。(b)在广义索利斯泵中，初态有带间相干，输运的粒子数除了由每个能带的布居数别离奉献之外，还有来自初态带间相干的奉献QIBC。

  本试验作业根据金刚石内的单个氮-空位缺点。这是一种固态单自旋量子系统，易于初始化、操控和读出，是当时开展较为老练的量子调控试验系统，在构建室温量子计算机和完成量子精细丈量等方面具有十分杰出的使用远景。试验中，研讨人员使用激光脉冲对单个电子自旋进行初始化和读出，经过精心规划的微波脉冲对自旋加以准确操控，由此构造出两能带模型并制备出带间相干最大的初态，从而演示了广义索利斯泵。试验成果展示了这种新式量子泵的特性，即输运的粒子数能够被接连地调理，依赖于能隙的巨细以及含时参数的初始改变速率。该作业丰厚了量子泵与量子操控的研讨，而且有望使用于量子相变或拓扑相变的勘探。