在量子科学领域的一项突破性进展中，清华大学与浙江大学的研究团队携手，在超导量子芯片上成功实现了非无序量子体系中的有限温度拓扑边缘态。这一成果被详细记录并发表于《自然》杂志，论文标题为《超导处理器展示拓扑预热强零模式》。
拓扑边缘态，这一凝聚态物理中的奇异现象，通常只在系统边界出现，并由特定的对称性所保护。它们能够抵抗满足这些对称性的噪声，因此在量子信息领域具有巨大的应用潜力。然而，这些边缘态极为脆弱，通常只在绝对零度下的系统基态中稳定存在。在有限温度条件下，热激发会破坏边缘态，导致量子信息的丢失。因此，如何在热扰动下保护这些量子态，一直是凝聚态物理和量子信息领域的重要研究方向。
为了攻克这一难题，传统方法依赖于引入无序，使系统进入多体局域化状态，从而束缚热激发。但这种方法不仅实验成本高昂，且其稳定性尚存争议。此次，清华大学邓东灵副教授领导的研究组与浙江大学超导量子计算团队合作，提出了一种全新的方法——利用预热化机制来保护拓扑边缘态。这种方法无需引入无序，而是依靠系统内部涌现的对称性为边缘态提供额外的保护，有效抑制了其与热激发的相互作用。
在浙江大学自主研制的125比特“天目2号”超导量子芯片上，研究团队实现了一条由100个粒子组成的一维对称性保护拓扑链。借助先进的量子操作保真度和高度的编程灵活性，研究团队在约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。他们进一步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，并利用这种稳健的拓扑边缘态编码并制备了逻辑贝尔态，有力证明了其对热激发的鲁棒性。
这一研究不仅为在有限温度下探索拓扑物质提供了新的实验手段，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。这为构建抗噪声的量子存储与操控技术开辟了新的道路，有望推动量子信息技术的进一步发展。
除了邓东灵副教授外，该研究的通讯作者还包括浙江大学杭州国际科创中心的郭秋江研究员和浙江大学物理学院的王浩华教授。论文的共同第一作者为交叉信息研究院博士生蒋颸、浙江大学博士生金非童和朱旭浩。其他作者还包括来自浙江大学超导量子计算团队的部分成员，以及哈佛大学的诺曼·姚教授和弗朗西斯科·马查多博士后，剑桥大学的杰克·肯普博士后，以及爱荷华州立大学的托马斯·亚迪科拉教授。
该项目得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、清华大学启动经费以及上海期智研究院的慷慨支持。
