“天目2号”超导量子芯片。浙江大学供图
本报讯（记者崔雪芹 通讯员周炜）浙江大学物理学院王浩华、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队联合清华大学邓东灵团队，在百比特超导量子芯片上实现了一种新型的“热”拓扑边缘态：在非无序、存在热激发的有限温量子体系中，拓扑边缘态仍能展现出足够的稳定性。研究团队进一步利用该边缘态构建了两个逻辑量子比特，成功制备了逻辑贝尔态，并展示了其对热激发的鲁棒性。8月27日，相关论文发表于《自然》。
凝聚态物理中有一种新奇物态——对称性保护的拓扑边缘态。它通常出现于系统的边界，受到特定对称性的保护，能够有效抵抗满足对称性的噪声，在量子信息领域有潜在的应用价值。然而，拓扑边缘态非常脆弱，通常仅存在于绝对零度的理想环境中。在真实的“热”环境中，要成为量子世界“皮实耐造”的成员，它们必须挺过“命运”的难关——热化。
作为热化的推手，热激发可被视为闯入量子系统的一个“热浪”。寻找能在“热浪”扰动下存活的量子物态，是科学界一直以来的梦想。近年来，陆续有研究团队发表理论方案与实验结果，主流思路是一种名为多体局域化的方法——在系统中引入无序来增加热激发移动的难度，试图“原地”束缚热激发，阻隔它与其他粒子的相互作用。然而，这一方法依赖于随机施加的势场，实验实现的成本比较高。此外，学术界对于多体局域化的稳定性也存在争议。
在该工作中，研究团队把关注点转移到热激发与边缘态的相互作用上。邓东灵等学者提出了利用预热化机制保护拓扑边缘态的路径，无需引入无序，而是依靠系统内部涌现的对称性为边缘态提供额外保护，这样就像为边缘态装上“防护罩”，抑制其与热激发之间的相互作用。
针对上述理论构想，研究团队开展了量子模拟实验。研究团队在百比特“天目2号”超导量子芯片上构造了一条具有100个粒子的长链，并对这些粒子之间的耦合强度进行了二聚化设计。在约270层量子线路演化过程中，研究团队观察到了不受热激发影响的拓扑边缘态，预热化机制生效了。实验显示，即使长链中存在大量的热激发，长链两端的拓扑边缘态仍然维持了和其在“零温”基态下相似的寿命。这种不需要无序的对热扰动的鲁棒性，意味着一种新的“热”拓扑边缘态诞生了。
该研究建立了一种可行的数字量子模拟方法，为在有限温度下探索拓扑物质提供了新的实验手段。研究团队用预热化的拓扑边缘态进一步编码制备了逻辑贝尔态，为构建在有限温度下抗噪声的量子存储提供了新路径。
值得一提的是，“天目2号”超导量子芯片由浙江大学超导量子计算团队自主研制。该量子芯片可操控量子比特数目超过100个，同时支持高保真度的并行量子逻辑门操作，为科学家探索新的量子信息理论与技术、模拟新奇的量子物态提供了可靠平台。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-09476-z
《中国科学报》(2025-08-28 第1版 要闻)本文链接：http://www.gihot.com/news-8-6607-0.html科学家在百比特超导量子芯片上实现新型拓扑边缘态
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