我国科学家在超导量子芯片领域取得重大突破，新型 “热” 拓扑边缘态诞生

近日，我国科学家在量子科学研究领域取得了一项具有里程碑意义的成果。他们在百比特超导量子芯片上成功实现了一种新奇量子物态 —— 新型 “热” 拓扑边缘态，成功破解了长期以来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开辟了全新的可能。 这一重要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，携手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 日在国际顶级学术期刊《自然》杂志上正式发表，引发了全球科学界的广泛关注。 拓扑边缘态，是指在一个量子系统中，能够束缚于系统边缘，并且抵抗特定对称性扰动的稳定量子状态。然而，这种状态十分脆弱，极易受到热噪声的干扰，通常只能在绝对零度的理想环境中存在。在一个多粒子的封闭系统里，体系的初始状态包含着一定的局域信息，但随着时间的推移，在热激发的作用下，这些最初的局域信息会逐渐扩散到所有粒子中，就如同一张原本清晰的笔记被涂得杂乱无章，难以辨认最初的内容。 此次研究是基于浙江大学自主研制的 “天目 2 号” 超导量子芯片展开的。这款芯片拥有 125 个超导量子比特，具备高度灵活的可编程性，能够实现高精度的同步量子逻辑操作。凭借这一先进的芯片，研究团队得以探索那些传统手段难以观测到的对称性保护的拓扑边缘态。 为了克服拓扑边缘态易受热噪声干扰的难题，研究团队提出了 “预热化” 机制的理论构想，试图为对称性保护的拓扑边缘态打造一个 “防护罩”，抑制其与热激发之间的相互作用。在 “天目 2 号” 超导量子芯片上进行的量子模拟实验中，研究团队惊喜地观察到 “预热化” 机制发挥了作用，新型 “热” 拓扑边缘态成功诞生。 郭秋江研究员表示，该实验充分证明了 “预热化” 机制能够有效抵御热激发的扰动，形成更加稳定、寿命更长的拓扑边缘态。这一成果不仅为探索有限温度（即高于绝对零度）下的拓扑物态提供了全新的实验手段，彰显了超导量子芯片在模拟新奇物态方面的巨大应用价值，同时也为构建在有限温度下具备抗噪声能力的量子存储提供了新的思路和途径。 这一突破标志着我国在量子科学领域的研究取得了重要进展，有望推动量子信息科学、凝聚态物理等相关领域的发展，为未来量子技术的实际应用奠定坚实基础。