對稱性保護(hù)的拓?fù)湎酂o法通過任何局域序參量來刻畫，其性質(zhì)超越了傳統(tǒng)的對稱性破缺理論。

其典型特征是存在拓?fù)溥吔鐟B(tài)，這些邊界態(tài)在保持對稱性的擾動下依然穩(wěn)定。

在無雜質(zhì)的清潔、能隙體系中，這類邊界態(tài)的穩(wěn)定性僅限于零溫條件；在有限溫度下，它們會因與熱激發(fā)的相互作用而衰減。

在此，來自清華大學(xué)的鄧東靈、浙江大學(xué)的郭秋江&王浩華等研究者報(bào)道了一種不同類型的拓?fù)溥吔鐟B(tài)：該態(tài)由涌現(xiàn)的對稱性所保護(hù)，并能在整個(gè)能譜范圍內(nèi)持續(xù)存在。相關(guān)論文以題為“Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors”于2025年08月27日發(fā)表在Nature上。

通過在一維無序穩(wěn)定子哈密頓量上的數(shù)字量子模擬，研究者在由100個(gè)可編程超導(dǎo)量子比特構(gòu)成的體系中，觀測到了穩(wěn)健且長壽命的拓?fù)溥吔鐟B(tài)，其壽命可達(dá)30個(gè)周期，并在多種初態(tài)下保持穩(wěn)定。

進(jìn)一步的分析表明，通過對穩(wěn)定子強(qiáng)度進(jìn)行二聚化處理，可以抑制邊界態(tài)與體激發(fā)之間的相互作用，從而在體系的預(yù)熱態(tài)中產(chǎn)生涌現(xiàn)的U(1)?×?U(1)對稱性。

此外，研究者還利用這些拓?fù)溥吔鐟B(tài)實(shí)現(xiàn)了邏輯量子比特的構(gòu)建，并成功制備出邏輯貝爾態(tài)，該態(tài)在無序、有限溫的體系中依然表現(xiàn)出持久的相干性。

該結(jié)果不僅為在有限溫度下實(shí)驗(yàn)研究拓?fù)湮镔|(zhì)提供了一種可行的數(shù)字模擬途徑，也展示了在無序體系中構(gòu)建長壽命、穩(wěn)健邊界量子比特的潛在路徑。

圖1125量子比特處理器和理論模型。

圖2 在高達(dá)無限溫度的條件下，具有魯棒拓?fù)溥吘壞Ｊ健?/b>

圖3 激發(fā)動力學(xué)與新興的U(1) × U(1)對稱性。

圖4 光譜分析能量譜。

圖5有限溫度下邏輯貝爾態(tài)的保真度動力學(xué)。

參考文獻(xiàn)

Jin, F., Jiang, S., Zhu, X. et al. Topological prethermal strong zero modes on superconducting processors. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09476-z

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