我国科学家取得突破！百比特量子芯片上发现新型“热”拓扑边缘态

记者28日凌晨从清华大学获悉，我国科学家在百比特超导量子芯片上成功观测到新型“热”拓扑边缘态，为保护脆弱的量子信息开辟了新路径。这一成果论文发表在最新一期的《自然》上。该研究由清华大学交叉信息研究院副教授邓东灵研究组与浙江大学杭州国际科创中心研究员郭秋江、浙江大学物理学院教授王浩华团队等合作开展。

对称性保护的拓扑边缘态是凝聚态物理中的新奇物态，因其能抵抗特定对称性扰动，在量子信息领域极具潜力。然而，它极易受热噪声干扰，通常仅在绝对零度的理想环境下存在。如何在热扰动环境中寻找并保护量子物态，一直是相关领域的难题。

此前，主流方法是通过多体局域化策略限制热激发移动，但这一方法依赖随机势场，不仅实验成本高昂，稳定性也存疑。此次，科研团队另辟蹊径，提出利用“预热化”机制保护拓扑边缘态，借助系统内部涌现的对称性，为边缘态提供额外保护，抑制其与热激发的相互作用。    

基于浙江大学自主研制的125比特“天目2号”超导量子芯片，研究团队开展量子模拟实验。该芯片具备灵活可编程性与高精度同步量子逻辑操作能力，支持研究团队在约270层量子线路演化过程中，成功观测到不受热激发影响的拓扑边缘态，并深入研究系统预热化状态下热激发的动力学与涌现的对称性。此外，研究团队还利用稳健的拓扑边缘态编码并制备逻辑贝尔态，有力验证其抗热激发的鲁棒性。

论文共同通讯作者郭秋江介绍，该研究基于百比特超导量子芯片的同步高精度调控，建立了一种可行的数字量子模拟方法，为在有限温度下探索拓扑物质提供了新的实验手段。研究团队用预热化的拓扑边缘态进一步编码制备了逻辑贝尔态，这为构建在有限温度下抗噪声的量子存储提供了新的路径。

（清华大学供图）