我国科学家在百比特量子芯片上实现新奇量子物态

  我国科学家在百比特超导量子芯片上实现了一种新奇量子物态——新型“热”拓扑边缘态，破解了对称性保护的拓扑边缘态易受热噪声干扰的难题，为保护脆弱的量子信息提供了新可能。

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  这项研究成果由浙江大学物理学院王浩华教授团队、浙江大学杭州国际科创中心郭秋江研究员团队，联合清华大学交叉信息研究院邓东灵长聘副教授团队共同完成，并于8月27日发表在《自然》杂志上。

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  拓扑边缘态指在一个量子系统中，束缚于系统边缘且能够抵抗特定对称性扰动的稳定量子状态。拓扑边缘态很容易受热噪声干扰，通常仅存在于绝对零度的理想环境。

  在一个多粒子的封闭系统中，体系的初始状态携带有一定的局域信息，随着时间的推移，在热激发的推动下，最初的局域信息会扩散到所有粒子中，就像一页被涂乱的笔记，无法辨别最初的字迹。

  图为“天目2号”超导量子芯片。（浙江大学供图）

  据介绍，该研究基于浙江大学自主研制的“天目2号”超导量子芯片。该芯片具有125个超导量子比特，具备灵活的可编程性，能够实现高精度的同步量子逻辑操作。运用这款芯片，研究团队探索了传统手段难以观测的对称性保护的拓扑边缘态。

  研究团队提出“预热化”机制的理论构想，尝试为对称性保护的拓扑边缘态装上“防护罩”，抑制其与热激发之间的相互作用。在“天目2号”超导量子芯片上开展了量子模拟实验后，研究团队观察到“预热化”机制生效，这意味着新型“热”拓扑边缘态诞生。

  郭秋江研究员表示，该实验证明了“预热化”机制能有效抵御热激发扰动，形成更加稳健的长寿命拓扑边缘态，这为探索有限温度（即高于绝对零度）下的拓扑物态提供了新的实验手段，展示了超导量子芯片在模拟新奇物态方面的应用价值，同时也为构建在有限温度下抗噪声的量子存储提供了新的路径。（记者朱涵）