“天目2號”超導量子芯片。浙江大學供圖
本報訊（記者崔雪芹 通訊員周煒）浙江大學物理學院王浩華、杭州國際科創中心郭秋江超導量子計算團隊聯合清華大學鄧東靈團隊，在百比特超導量子芯片上實現了一種新型的“熱”拓撲邊緣態：在非無序、存在熱激發的有限溫量子體系中，拓撲邊緣態仍能展現出足夠的穩定性。研究團隊進一步利用該邊緣態構建了兩個邏輯量子比特，成功制備了邏輯貝爾態，并展示了其對熱激發的魯棒性。8月27日，相關論文發表于《自然》。
凝聚態物理中有一種新奇物態——對稱性保護的拓撲邊緣態。它通常出現于系統的邊界，受到特定對稱性的保護，能夠有效抵抗滿足對稱性的噪聲，在量子信息領域有潛在的應用價值。然而，拓撲邊緣態非常脆弱，通常僅存在于絕對零度的理想環境中。在真實的“熱”環境中，要成為量子世界“皮實耐造”的成員，它們必須挺過“命運”的難關——熱化。
作為熱化的推手，熱激發可被視為闖入量子系統的一個“熱浪”。尋找能在“熱浪”擾動下存活的量子物態，是科學界一直以來的夢想。近年來，陸續有研究團隊發表理論方案與實驗結果，主流思路是一種名為多體局域化的方法——在系統中引入無序來增加熱激發移動的難度，試圖“原地”束縛熱激發，阻隔它與其他粒子的相互作用。然而，這一方法依賴于隨機施加的勢場，實驗實現的成本比較高。此外，學術界對于多體局域化的穩定性也存在爭議。
在該工作中，研究團隊把關注點轉移到熱激發與邊緣態的相互作用上。鄧東靈等學者提出了利用預熱化機制保護拓撲邊緣態的路徑，無需引入無序，而是依靠系統內部涌現的對稱性為邊緣態提供額外保護，這樣就像為邊緣態裝上“防護罩”，抑制其與熱激發之間的相互作用。
針對上述理論構想，研究團隊開展了量子模擬實驗。研究團隊在百比特“天目2號”超導量子芯片上構造了一條具有100個粒子的長鏈，并對這些粒子之間的耦合強度進行了二聚化設計。在約270層量子線路演化過程中，研究團隊觀察到了不受熱激發影響的拓撲邊緣態，預熱化機制生效了。實驗顯示，即使長鏈中存在大量的熱激發，長鏈兩端的拓撲邊緣態仍然維持了和其在“零溫”基態下相似的壽命。這種不需要無序的對熱擾動的魯棒性，意味著一種新的“熱”拓撲邊緣態誕生了。
該研究建立了一種可行的數字量子模擬方法，為在有限溫度下探索拓撲物質提供了新的實驗手段。研究團隊用預熱化的拓撲邊緣態進一步編碼制備了邏輯貝爾態，為構建在有限溫度下抗噪聲的量子存儲提供了新路徑。
值得一提的是，“天目2號”超導量子芯片由浙江大學超導量子計算團隊自主研制。該量子芯片可操控量子比特數目超過100個，同時支持高保真度的并行量子邏輯門操作，為科學家探索新的量子信息理論與技術、模擬新奇的量子物態提供了可靠平臺。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09476-z
《中國科學報》(2025-08-28 第1版 要聞)本文鏈接：科學家在百比特超導量子芯片上實現新型拓撲邊緣態http://m.sq15.cn/show-11-25260-0.html
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