《科學(xué)》重磅！剛剛，中國量子計算重大突破！潘建偉團隊發(fā)明堅不可摧量子模塊

你能讓“肥皂泡”在狂風(fēng)驟雨中永不破裂嗎？就在剛剛，中國科學(xué)家利用“祖沖之2號”處理器，已經(jīng)把這個只存在于理論中的場景變成了現(xiàn)實！

這可能是量子計算領(lǐng)域的一次“地震級”突破，為未來打造從不錯亂的超級量子計算機指明了方向。2025年11月28日，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）重磅發(fā)布了這項由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等團隊完成的驚人成果：他們首次在超導(dǎo)量子處理器上，成功“鎖住”了量子信息，造出了一個“怎么晃都不壞”的量子模塊。

如果你問量子科學(xué)家最怕什么，答案一定是：噪聲。

現(xiàn)在的量子計算機雖然算力驚人，但它們的計算模塊——量子比特（Qubit），簡直比林黛玉還嬌氣。哪怕是環(huán)境里的一點點熱量、一絲絲電磁波，甚至是你打個噴嚏造成的微弱振動，都能讓它們瞬間“崩潰”，辛辛苦苦算了一半的數(shù)據(jù)瞬間化為烏有。這在物理學(xué)上叫“退相干”。

為了哄好這些“小祖宗”，傳統(tǒng)的方法是搞“人海戰(zhàn)術(shù)”：用幾百個甚至上千個量子比特去保護一個邏輯比特。這好比為了運送一顆雞蛋，專門造了一輛裝甲車，成本高到離譜，效率低到令人發(fā)指。

難道就沒有一種辦法，讓量子比特自己變得“皮糙肉厚”嗎？

潘建偉團隊把目光投向了一個神秘的數(shù)學(xué)領(lǐng)域——拓撲（Topology）。

拓撲學(xué)里有一個著名的梗：在拓撲學(xué)家眼里，一個甜甜圈和一個馬克杯是一樣的，因為它們都有一個洞。無論你怎么揉捏這個面團（只要不撕破），那個洞永遠存在。

這種“抗揉捏”的特性，就是我們夢寐以求的穩(wěn)定性！

科學(xué)家們想：如果我們能造出一種量子材料，它的性質(zhì)像那個“洞”一樣，只取決于整體結(jié)構(gòu)，而不受局部干擾的影響，那信息豈不是就安全了？

之前的研究發(fā)現(xiàn)，有些材料的邊緣自帶“防抖”功能。但在這次實驗中，中國團隊不想只在邊緣做文章，他們要挑戰(zhàn)更高難度的——高階拓撲相（Higher-Order Topological Phases）。

通俗點說，他們要把量子信息逼到墻角，鎖死在那里。

但這事兒說起來容易，做起來簡直是“逆天而行”。因為這種特殊的“高階非平衡拓撲相”，在自然界的天然材料里根本找不到！它就像是一個違背常理的幽靈，必須靠人工強行制造。

于是，祖沖之2號超導(dǎo)量子處理器登場了。

研究團隊調(diào)用了處理器上一個6×6的量子比特陣列。這可不是簡單的排列組合，他們像編織一張時空大網(wǎng)一樣，對這些比特施加了極其復(fù)雜的微波脈沖。

這里有一個關(guān)鍵數(shù)據(jù)：他們構(gòu)建了超過50個周期的“弗洛凱算符”（Floquet operators）。

如果不理解這個術(shù)語也沒關(guān)系，你可以把它想象成一場精密到極致的“量子群舞”。這些量子比特在每一微秒都在按照特定的節(jié)奏瘋狂跳動，這種動態(tài)的、非平衡的狂舞，竟然在宏觀上產(chǎn)生了一種奇異的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

奇跡發(fā)生了。

在數(shù)據(jù)的洪流中，科學(xué)家們驚訝地觀測到，能量和信息沒有四散逃逸，而是乖乖地聚攏在了這個二維網(wǎng)格的四個角落。

這就是傳說中的“角模式”（Corner Modes）。

這四個角落，成了量子信息的避風(fēng)港。

在這個狀態(tài)下，量子信息仿佛獲得了一層隱形的“防護罩”。無論中間的網(wǎng)格怎么受到擾動，只要整體的拓撲結(jié)構(gòu)沒變，躲在角落里的信息就安然無恙。

這就像是你把珍貴的瓷器從人來人往的客廳中央，挪到了有防彈玻璃保護的保險柜角落里。任憑外界風(fēng)吹雨打，我自巋然不動。

《科學(xué)》雜志的審稿人看到這一結(jié)果后難掩激動，評價這是從一維到二維的“顯著提升”，展示了“豐富的實驗?zāi)芰Α薄Ｒ驗檫@證明了，哪怕是在目前這種還充滿噪聲的量子處理器上，我們依然有能力創(chuàng)造出一種全新的、甚至自然界都不存在的物質(zhì)狀態(tài)。

雖然我們離造出完美的、永不出錯的量子計算機可能還有很長的路要走，但這項研究推開了一扇新的大門。

它告訴我們：除了死磕糾錯算法，我們還可以從物理底層入手，設(shè)計出天生就“抗造”的量子模塊。

如果未來的量子芯片都能用上這種“角模式”技術(shù)，量子存儲器將不再是易碎的肥皂泡，而會變成堅固的積木。到那時，破解加密、設(shè)計新藥、模擬宇宙演化，都將不再是夢。

中國團隊再次證明，在探索微觀世界的無人區(qū)時，最硬核的武器，往往藏在最精妙的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)里。

參考文獻：

Qian, H., Gong, M., Zhang, J., et al., & Pan, J.-W. (2025). Programmable higher-order nonequilibrium topological phases on a superconducting quantum processor. Science, 390(6776), 930-934.