在量子科学领域，一项由中国科学家取得的突破性进展引发了广泛关注。他们成功地在一块百比特超导量子芯片上，观察到了一种前所未有的量子物态——新型“热”拓扑边缘态。这一发现不仅解决了传统拓扑边缘态易受环境热噪声干扰的难题，更为保护量子信息提供了新的可能性。
近日，相关研究成果以《超导处理器上的拓扑预热强零模式》为题，在国际权威期刊《自然》上发表。论文的发表标志着中国在量子计算领域的研究迈出了重要一步。
拓扑边缘态，作为凝聚态物理中的奇异物质状态，通常出现在系统边界，并受到特定对称性的保护。这种特性使其具有潜在的量子信息应用价值，尤其是在抵抗满足对称性的噪声方面。然而，传统的拓扑边缘态极为脆弱，只能在接近绝对零度的环境中稳定存在。一旦环境温度升高，热激发便会与边缘态相互作用，破坏其结构，从而抹去存储的量子信息。
为了克服这一挑战，清华大学交叉信息研究院的邓东灵研究组与杭州国际科创中心、浙江大学物理学院等团队合作，提出了一种创新的解决方案。他们利用预热化机制来保护实验制备的拓扑边缘态，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，有效抑制了热激发的干扰。
为了验证这一理论构想，研究团队在浙江大学自主研制的125比特“天目2号”超导量子芯片上进行了实验。他们成功构建了一条由100个粒子组成的一维对称性保护拓扑链，并在约270层量子线路演化过程中观察到了不受热激发影响的拓扑边缘态。这一发现不仅证实了预热化机制的有效性，还为在有限温度下探索拓扑物质提供了新的实验手段。
研究团队还进一步利用这种稳健的拓扑边缘态编码并制备了逻辑贝尔态，充分展示了其对热激发的鲁棒性。这一成果不仅为构建抗噪声的量子存储与操控技术提供了新思路，还为在无序系统中实现长寿命、鲁棒的边界量子比特开辟了潜在途径。
据了解，该项目的成功实施得益于国家自然科学基金、国家重点研发计划以及清华大学启动经费等多方面的支持。这一突破性进展不仅提升了中国在量子科学领域的国际影响力，更为全球量子信息领域的研究注入了新的活力。
