我國科學家在百比特超導(dǎo)量子芯片上實現(xiàn)了一種新奇量子物態(tài)——新型“熱”拓撲邊緣態(tài)，破解了對稱性保護的拓撲邊緣態(tài)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(chuàng)中心郭秋江研究員團隊，聯(lián)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(fā)表在《自然》雜志上。

拓撲邊緣態(tài)指在一個量子系統(tǒng)中，束縛于系統(tǒng)邊緣且能夠抵抗特定對稱性擾動的穩(wěn)定量子狀態(tài)。拓撲邊緣態(tài)很容易受熱噪聲干擾，通常僅存在于絕對零度的理想環(huán)境。

在一個多粒子的封閉系統(tǒng)中，體系的初始狀態(tài)攜帶有一定的局域信息，隨著時間的推移，在熱激發(fā)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(dǎo)量子芯片。（浙江大學供圖）

據(jù)介紹，該研究基于浙江大學自主研制的“天目2號”超導(dǎo)量子芯片。該芯片具有125個超導(dǎo)量子比特，具備靈活的可編程性，能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)手段難以觀測的對稱性保護的拓撲邊緣態(tài)。

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

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