科技日報(bào)記者 華凌 江耘

記者28日凌晨從清華大學(xué)獲悉，我國科學(xué)家在百比特超導(dǎo)量子芯片上成功觀測到新型“熱”拓?fù)溥吘墤B(tài)，為保護(hù)脆弱的量子信息開辟了新路徑。這一成果論文發(fā)表在最新一期的《自然》上。該研究由清華大學(xué)交叉信息研究院副教授鄧東靈研究組與浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心研究員郭秋江、浙江大學(xué)物理學(xué)院教授王浩華團(tuán)隊(duì)等合作開展。

對稱性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)是凝聚態(tài)物理中的新奇物態(tài)，因其能抵抗特定對稱性擾動，在量子信息領(lǐng)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(huán)境下存在。如何在熱擾動環(huán)境中尋找并保護(hù)量子物態(tài)，一直是相關(guān)領(lǐng)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(fā)移動，但這一方法依賴隨機(jī)勢場，不僅實(shí)驗(yàn)成本高昂，穩(wěn)定性也存疑。此次，科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出利用“預(yù)熱化”機(jī)制保護(hù)拓?fù)溥吘墤B(tài)，借助系統(tǒng)內(nèi)部涌現(xiàn)的對稱性，為邊緣態(tài)提供額外保護(hù)，抑制其與熱激發(fā)的相互作用。    

基于浙江大學(xué)自主研制的125比特“天目2號”超導(dǎo)量子芯片，研究團(tuán)隊(duì)開展量子模擬實(shí)驗(yàn)。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(tuán)隊(duì)在約270層量子線路演化過程中，成功觀測到不受熱激發(fā)影響的拓?fù)溥吘墤B(tài)，并深入研究系統(tǒng)預(yù)熱化狀態(tài)下熱激發(fā)的動力學(xué)與涌現(xiàn)的對稱性。此外，研究團(tuán)隊(duì)還利用穩(wěn)健的拓?fù)溥吘墤B(tài)編碼并制備邏輯貝爾態(tài)，有力驗(yàn)證其抗熱激發(fā)的魯棒性。

論文共同通訊作者郭秋江介紹，該研究基于百比特超導(dǎo)量子芯片的同步高精度調(diào)控，建立了一種可行的數(shù)字量子模擬方法，為在有限溫度下探索拓?fù)湮镔|(zhì)提供了新的實(shí)驗(yàn)手段。研究團(tuán)隊(duì)用預(yù)熱化的拓?fù)溥吘墤B(tài)進(jìn)一步編碼制備了邏輯貝爾態(tài)，這為構(gòu)建在有限溫度下抗噪聲的量子存儲提供了新的路徑。

（清華大學(xué)供圖）