近日

清華大學(xué)交叉信息研究院鄧東靈研究組

與杭州國際科創(chuàng)中心郭秋江

浙江大學(xué)物理學(xué)院王浩華團(tuán)隊等合作

首次在百比特超導(dǎo)量子芯片上

實現(xiàn)了在非無序量子體系中

穩(wěn)定存在的新型有限溫度拓?fù)溥吘墤B(tài)

相關(guān)研究成果以

“超導(dǎo)處理器上的拓?fù)漕A(yù)熱強零模式”

為題發(fā)表于《自然》（Nature）

Nature 網(wǎng)站論文截圖

破解量子系統(tǒng)“熱化”難題

對稱性保護(hù)的拓?fù)溥吘墤B(tài)

是凝聚態(tài)物理中一種新奇的物質(zhì)狀態(tài)

受特定對稱性保護(hù)

能有效抵抗噪聲干擾

在量子信息領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值

然而

拓?fù)溥吘墤B(tài)十分脆弱

通常只存在于

絕對零度下的系統(tǒng)基態(tài)中

在有限溫度下

熱激發(fā)會破壞邊緣態(tài)

導(dǎo)致存儲的量子信息丟失

如何在熱擾動下尋找并保護(hù)量子物態(tài)

一直是凝聚態(tài)物理和量子信息領(lǐng)域的

重要課題

有限溫度拓?fù)溥吘墤B(tài)示意圖

傳統(tǒng)方案是通過引入無序

使系統(tǒng)進(jìn)入“多體局域化”狀態(tài)

來束縛熱激發(fā)

但該方法不僅成本高昂

穩(wěn)定性存在爭議

且嚴(yán)重依賴隨機勢場

鄧東靈研究組等另辟蹊徑

提出利用“預(yù)熱化”機制

保護(hù)實驗制備的拓?fù)溥吘墤B(tài)

該方法無需引入無序

僅依靠系統(tǒng)內(nèi)部涌現(xiàn)的對稱性

為邊緣態(tài)提供額外的保護(hù)

有效抑制了熱激發(fā)對邊緣態(tài)的干擾

鄧東靈（左四）研究組部分成員合影

首次在百比特芯片上實現(xiàn)！

為了驗證這一構(gòu)想

鄧東靈研究組

與浙江大學(xué)超導(dǎo)量子計算團(tuán)隊等合作

在浙江大學(xué)自主研制的

125比特“天目2號”超導(dǎo)量子芯片上

構(gòu)建了一條由100個粒子組成的

一維對稱性保護(hù)拓?fù)滏?/p>

憑借高度靈活的編程能力

和國際領(lǐng)先的量子操作保真度

研究團(tuán)隊

在約270層量子線路演化中

成功觀測到不受熱激發(fā)影響的拓?fù)溥吘墤B(tài)

并深入研究了系統(tǒng)預(yù)熱化狀態(tài)下

熱激發(fā)的動力學(xué)與涌現(xiàn)的對稱性

在此基礎(chǔ)上

研究團(tuán)隊進(jìn)一步利用拓?fù)溥吘墤B(tài)編碼

制備出邏輯貝爾態(tài)

有力驗證了其對熱激發(fā)的魯棒性

使用超導(dǎo)量子芯片實現(xiàn)有限溫度拓?fù)溥吘墤B(tài)的

主要實驗結(jié)果圖

該研究建立了一種可行的

數(shù)字模擬方法

為在有限溫度下探索拓?fù)湮镔|(zhì)

提供了新的實驗手段

此外，它還展示了

在無序系統(tǒng)中實現(xiàn)長壽命

魯棒邊界量子比特的潛在途徑

為構(gòu)建抗噪聲的量子存儲

與操控技術(shù)提供了新路徑

清華大學(xué)交叉信息研究院副教授鄧東靈

浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心研究員郭秋江

與浙江大學(xué)物理學(xué)院教授王浩華

為論文通訊作者

清華大學(xué)交叉信息研究院

2023級博士生蔣颸

浙江大學(xué)2021級博士生

金非童、朱旭浩為論文共同第一作者