我國(guó)科學(xué)家在百比特超導(dǎo)量子芯片上實(shí)現(xiàn)了一種新奇量子物態(tài)——新型“熱”拓?fù)溥吘墤B(tài)，破解了對(duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)易受熱噪聲干擾的難題，為保護(hù)脆弱的量子信息提供了新可能。

這項(xiàng)研究成果由浙江大學(xué)物理學(xué)院王浩華教授團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心郭秋江研究員團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合清華大學(xué)交叉信息研究院鄧東靈長(zhǎng)聘副教授團(tuán)隊(duì)共同完成，并于8月27日發(fā)表在《自然》雜志上。

拓?fù)溥吘墤B(tài)指在一個(gè)量子系統(tǒng)中，束縛于系統(tǒng)邊緣且能夠抵抗特定對(duì)稱(chēng)性擾動(dòng)的穩(wěn)定量子狀態(tài)。拓?fù)溥吘墤B(tài)很容易受熱噪聲干擾，通常僅存在于絕對(duì)零度的理想環(huán)境。

在一個(gè)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(shí)間的推移，在熱激發(fā)的推動(dòng)下，最初的局域信息會(huì)擴(kuò)散到所有粒子中，就像一頁(yè)被涂亂的筆記，無(wú)法辨別最初的字跡。

圖為“天目2號(hào)”超導(dǎo)量子芯片。（浙江大學(xué)供圖）

據(jù)介紹，該研究基于浙江大學(xué)自主研制的“天目2號(hào)”超導(dǎo)量子芯片。該芯片具有125個(gè)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(yùn)用這款芯片，研究團(tuán)隊(duì)探索了傳統(tǒng)手段難以觀測(cè)的對(duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)。

研究團(tuán)隊(duì)提出“預(yù)熱化”機(jī)制的理論構(gòu)想，嘗試為對(duì)稱(chēng)性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)裝上“防護(hù)罩”，抑制其與熱激發(fā)之間的相互作用。在“天目2號(hào)”超導(dǎo)量子芯片上開(kāi)展了量子模擬實(shí)驗(yàn)后，研究團(tuán)隊(duì)觀察到“預(yù)熱化”機(jī)制生效，這意味著新型“熱”拓?fù)溥吘墤B(tài)誕生。

郭秋江研究員表示，該實(shí)驗(yàn)證明了“預(yù)熱化”機(jī)制能有效抵御熱激發(fā)擾動(dòng)，形成更加穩(wěn)健的長(zhǎng)壽命拓?fù)溥吘墤B(tài)，這為探索有限溫度（即高于絕對(duì)零度）下的拓?fù)湮飸B(tài)提供了新的實(shí)驗(yàn)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(jià)值，同時(shí)也為構(gòu)建在有限溫度下抗噪聲的量子存儲(chǔ)提供了新的路徑。