每日速览2025年08月28日 11:42消息,中国科学家实现量子存储重大突破,为信息安全防护开启新篇章,点亮未来科技之光。
27日晚,国际顶级学术期刊《自然》在线发表了由浙江大学物理学院王浩华团队、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队联合清华大学邓东灵团队完成的一项重要研究成果。该研究在百比特超导量子芯片上首次观测到“预热化”机制能够有效抵御热激发扰动,使有限温度下的拓扑边缘态展现出显著稳定性,为脆弱量子信息的保护提供了全新路径。
拓扑边缘态是凝聚态物理中一种新奇的物态,因其具备对局部扰动的天然鲁棒性,在量子计算和量子信息存储领域具有广阔应用前景。然而,这类边缘态通常只能在绝对零度的理想条件下稳定存在。在真实物理系统中,温度带来的热激发会迅速破坏其量子相干性,导致信息扩散与退化,这成为制约其实际应用的核心难题。
长期以来,学界普遍尝试通过多体局域化等策略来“冻结”热激发的传播,从而延长拓扑态寿命。但这类方法往往需要极强的无序调控,实验实现难度大,且在大规模系统中的稳定性仍存疑。此次研究另辟蹊径,清华大学邓东灵团队提出利用“预热化”机制——即在系统演化初期通过特定动力学过程预先抑制热激发对边缘态的干扰——从而实现对拓扑态的动态保护。
这一理论设想在浙江大学自主研制的百比特超导量子芯片“天目2号”上得以验证。实验结果显示,在有限温度条件下,得益于“预热化”机制,拓扑边缘态的寿命几乎与零温基态下相当,表现出远超传统预期的稳定性。这不仅验证了理论的可行性,也标志着我国在超导量子计算与拓扑量子物理交叉领域迈出了关键一步。
更值得关注的是,研究团队还发展出一套高效的数字量子模拟方法,能够在当前含噪中等规模量子(NISQ)设备上模拟有限温度下的拓扑物态演化。这种方法为未来探索非平衡拓扑相变、热化动力学等前沿问题提供了可推广的实验平台,具有重要的方法论意义。
从科学意义上看,这项成果打破了“拓扑保护必须依赖极低温环境”的思维定式,揭示了通过动力学工程手段调控量子热化过程的巨大潜力。它提示我们:量子系统的稳定性未必只能靠“降温”来维持,也可以通过“设计演化路径”来主动防御干扰。这种从被动防御到主动调控的范式转变,或将深刻影响未来容错量子计算的架构设计。
在当前全球竞相推进量子科技发展的背景下,该研究不仅体现了我国在超导量子硬件与量子模拟算法方面的协同创新能力,更展示了基础物理问题与前沿技术平台深度融合的强大生命力。随着百比特级芯片稳定性的不断提升,我们有理由期待,中国科学家将在量子物质调控这一核心战场上持续贡献原创性突破。