近日
清华大学交叉信息研究院邓东灵研究组
与杭州国际科创中心郭秋江
浙江大学物理学院王浩华团队等合作
首次在百比特超导量子芯片上
实现了在非无序量子体系中
稳定存在的新型有限温度拓扑边缘态
相关研究成果以
“超导处理器上的拓扑预热强零模式”
为题发表于《自然》（Nature）
Nature 网站论文截图
破解量子系统“热化”难题
对称性保护的拓扑边缘态
是凝聚态物理中一种新奇的物质状态
受特定对称性保护
能有效抵抗噪声干扰
在量子信息领域具有潜在的应用价值
然而
拓扑边缘态十分脆弱
通常只存在于
绝对零度下的系统基态中
在有限温度下
热激发会破坏边缘态
导致存储的量子信息丢失
如何在热扰动下寻找并保护量子物态
一直是凝聚态物理和量子信息领域的
重要课题
有限温度拓扑边缘态示意图
传统方案是通过引入无序
使系统进入“多体局域化”状态
来束缚热激发
但该方法不仅成本高昂
稳定性存在争议
且严重依赖随机势场
邓东灵研究组等另辟蹊径
提出利用“预热化”机制
保护实验制备的拓扑边缘态
该方法无需引入无序
仅依靠系统内部涌现的对称性
为边缘态提供额外的保护
有效抑制了热激发对边缘态的干扰
邓东灵（左四）研究组部分成员合影
首次在百比特芯片上实现！
为了验证这一构想
邓东灵研究组
与浙江大学超导量子计算团队等合作
在浙江大学自主研制的
125比特“天目2号”超导量子芯片上
构建了一条由100个粒子组成的
一维对称性保护拓扑链
凭借高度灵活的编程能力
和国际领先的量子操作保真度
研究团队
在约270层量子线路演化中
成功观测到不受热激发影响的拓扑边缘态
并深入研究了系统预热化状态下
热激发的动力学与涌现的对称性
在此基础上
研究团队进一步利用拓扑边缘态编码
制备出逻辑贝尔态
有力验证了其对热激发的鲁棒性
使用超导量子芯片实现有限温度拓扑边缘态的
主要实验结果图
该研究建立了一种可行的
数字模拟方法
为在有限温度下探索拓扑物质
提供了新的实验手段
此外，它还展示了
在无序系统中实现长寿命
鲁棒边界量子比特的潜在途径
为构建抗噪声的量子存储
与操控技术提供了新路径
清华大学交叉信息研究院副教授邓东灵
浙江大学杭州国际科创中心研究员郭秋江
与浙江大学物理学院教授王浩华
为论文通讯作者
清华大学交叉信息研究院
2023级博士生蒋颸
浙江大学2021级博士生
金非童、朱旭浩为论文共同第一作者
