百比特量子芯片上發現新型“熱”拓撲邊緣態

科技日報記者 華凌 江耘

記者28日凌晨從清華大學獲悉，我國科學家在百比特超導量子芯片上成功觀測到新型“熱”拓撲邊緣態，為保護脆弱的量子信息開闢了新路徑。這一成果論文發表在最新一期的《自然》上。該研究由清華大學交叉信息研究院副教授鄧東靈研究組與浙江大學杭州國際科創中心研究員郭秋江、浙江大學物理學院教授王浩華團隊等合作開展。

對稱性保護的拓撲邊緣態是凝聚態物理中的新奇物態，因其能抵抗特定對稱性擾動，在量子信息領域極具潛力。然而，它極易受熱噪聲干擾，通常僅在絕對零度的理想環境下存在。如何在熱擾動環境中尋找並保護量子物態，一直是相關領域的難題。

此前，主流方法是通過多體局域化策略限制熱激發移動，但這一方法依賴隨機勢場，不僅實驗成本高昂，穩定性也存疑。此次，科研團隊另闢蹊徑，提出利用“預熱化”機制保護拓撲邊緣態，藉助系統內部湧現的對稱性，為邊緣態提供額外保護，抑制其與熱激發的相互作用。

基於浙江大學自主研製的125比特“天目2號”超導量子芯片，研究團隊開展量子模擬實驗。該芯片具備靈活可編程性與高精度同步量子邏輯操作能力，支持研究團隊在約270層量子線路演化過程中，成功觀測到不受熱激發影響的拓撲邊緣態，並深入研究系統預熱化狀態下熱激發的動力學與湧現的對稱性。此外，研究團隊還利用穩健的拓撲邊緣態編碼並製備邏輯貝爾態，有力驗證其抗熱激發的魯棒性。

論文共同通訊作者郭秋江介紹，該研究基於百比特超導量子芯片的同步高精度調控，建立了一種可行的數字量子模擬方法，為在有限温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製備了邏輯貝爾態，這為構建在有限温度下抗噪聲的量子存儲提供了新的路徑。