我国科学家在百比特超导量子芯片上实现了一种新奇量子物态——新型"热"拓扑边缘态,破解了对称性保护的拓扑边缘态易受热噪声干扰的难题,为保护脆弱的量子信息提供了新可能。
这项研究成果由浙江大学物理学院王浩华教授团队、浙江大学杭州国际科创中心郭秋江研究员团队,联合清华大学交叉信息研究院邓东灵长聘副教授团队共同完成,并于8月27日发表在《自然》杂志上。
拓扑边缘态指在一个量子系统中,束缚于系统边缘且能够抵抗特定对称性扰动的稳定量子状态。拓扑边缘态很容易受热噪声干扰,通常仅存在于绝对零度的理想环境。
在一个多粒子的封闭系统中,体系的初始状态携带有一定的局域信息,随着时间的推移,在热激发的推动下,最初的局域信息会扩散到所有粒子中,就像一页被涂乱的笔记,无法辨别最初的字迹。
图为"天目2号"超导量子芯片。(浙江大学供图)
据介绍,该研究基于浙江大学自主研制的"天目2号"超导量子芯片。该芯片具有125个超导量子比特,具备灵活的可编程性,能够实现高精度的同步量子逻辑操作。运用这款芯片,研究团队探索了传统手段难以观测的对称性保护的拓扑边缘态。
研究团队提出"预热化"机制的理论构想,尝试为对称性保护的拓扑边缘态装上"防护罩",抑制其与热激发之间的相互作用。在"天目2号"超导量子芯片上开展了量子模拟实验后,研究团队观察到"预热化"机制生效,这意味着新型"热"拓扑边缘态诞生。
郭秋江研究员表示,该实验证明了"预热化"机制能有效抵御热激发扰动,形成更加稳健的长寿命拓扑边缘态,这为探索有限温度(即高于绝对零度)下的拓扑物态提供了新的实验手段,展示了超导量子芯片在模拟新奇物态方面的应用价值,同时也为构建在有限温度下抗噪声的量子存储提供了新的路径。(记者朱涵)
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