图 “天目2号”超导量子芯片，有限温拓扑边缘态的主要实验结果
在国家自然科学基金项目（批准号：T2225008、92365301、12274368、12274367、12174342、12322414、12404570、12404574、U20A2076、12075128、123B2072）等资助下，清华大学邓东灵团队联合浙江大学物理学院王浩华、杭州国际科创中心郭秋江超导量子计算团队，以及多位海外合作者在125比特超导量子芯片上实现了非无序量子系统中稳定存在的新型有限温度拓扑边缘态。相关成果以“超导处理器上的拓扑预热强零模式（Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors）”为题，于2025年8月27日发表在《自然》（Nature），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09476-z。
对称性保护的拓扑边缘态是凝聚态物理中一种独特的量子物态，因其能有效抵抗特定扰动，在量子信息领域极具应用潜力。然而，这类边缘态通常只存在于零温下系统的基态附近。在有限温度环境中，它们极易受到热激发的破坏，导致存储的量子信息丢失。因此，如何在热扰动下保护量子物态，是当前凝聚态物理和量子信息领域的关键挑战。
针对这一难题，联合研究团队提出了利用预热化机制保护拓扑边缘态的新路径。与传统通过多体局域化来束缚热激发的方法不同，该方法无需引入无序的随机势场，而是利用系统演化过程中涌现的对称性为边缘态提供额外的保护，从而有效抑制其与热激发之间的相互作用。为验证这一方法的有效性，研究团队利用浙江大学自主研发的125比特“天目2号”超导量子芯片，实现了一条由100个量子比特构成的一维对称性保护拓扑链。在该芯片高编程灵活性和国际先进的量子操作保真度的支持下，研究团队在长达约270层两比特量子门线路的演化过程中观测到了对热激发鲁棒的拓扑边缘态。此外，研究团队还深入探究了系统在预热化状态下热激发的动力学行为以及涌现对称性的作用机制。在此基础上，联合研究团队在两个拓扑边缘态上进行了量子编码，制备了一组对热扰动稳健的逻辑贝尔态。该研究展示了在有限温度非无序系统中实现长寿命、抗扰动量子比特的可行性，为未来构建抗噪声的量子存储与量子操控技术提供了新途径。