我國科學家在百比特量子芯片上實現新奇量子物態

我國科學家在百比特超導量子芯片上實現了一種新奇量子物態——新型“熱”拓撲邊緣態，破解了對稱性保護的拓撲邊緣態易受熱噪聲干擾的難題，為保護脆弱的量子信息提供了新可能。

這項研究成果由浙江大學物理學院王浩華教授團隊、浙江大學杭州國際科創中心郭秋江研究員團隊，聯合清華大學交叉信息研究院鄧東靈長聘副教授團隊共同完成，并于8月27日發表在《自然》雜志上。

拓撲邊緣態指在一個量子系統中，束縛于系統邊緣且能夠抵抗特定對稱性擾動的穩定量子狀態。拓撲邊緣態很容易受熱噪聲干擾，通常僅存在于絕對零度的理想環境。

在一個多粒子的封閉系統中，體系的初始狀態攜帶有一定的局域信息，隨著時間的推移，在熱激發的推動下，最初的局域信息會擴散到所有粒子中，就像一頁被涂亂的筆記，無法辨別最初的字跡。

圖為“天目2號”超導量子芯片。（浙江大學供圖）

據介紹，該研究基于浙江大學自主研制的“天目2號”超導量子芯片。該芯片具有125個超導量子比特，具備靈活的可編程性，能夠實現高精度的同步量子邏輯操作。運用這款芯片，研究團隊探索了傳統手段難以觀測的對稱性保護的拓撲邊緣態。

研究團隊提出“預熱化”機制的理論構想，嘗試為對稱性保護的拓撲邊緣態裝上“防護罩”，抑制其與熱激發之間的相互作用。在“天目2號”超導量子芯片上開展了量子模擬實驗后，研究團隊觀察到“預熱化”機制生效，這意味著新型“熱”拓撲邊緣態誕生。

郭秋江研究員表示，該實驗證明了“預熱化”機制能有效抵御熱激發擾動，形成更加穩健的長壽命拓撲邊緣態，這為探索有限溫度（即高于絕對零度）下的拓撲物態提供了新的實驗手段，展示了超導量子芯片在模擬新奇物態方面的應用價值，同時也為構建在有限溫度下抗噪聲的量子存儲提供了新的路徑。