山西量子團隊《科學》發(fā)表突破性研究成果為國家貢獻“山西力量”

在大多數(shù)人印象中，山西的標簽是厚重的煤炭與悠久的古建。然而，近日，一枚來自世界科學巔峰的“勛章”，為這里增添了全新的量子之光的名片。11月28日，國際頂級學術期刊《科學》（Science）發(fā)表了一項突破性研究成果：在國際上首次實現(xiàn)并探測了拓撲保護的超導量子比特新奇物態(tài)。這項研究的背后，是山西大學光量子技術與器件全國重點實驗室與中國科學技術大學超導量子計算團隊的緊密合作。11月29日，山西晚報·山河＋記者獨家采訪了這項研究的負責人之一——山西大學光量子技術與器件全國重點實驗室教授梅鋒。

“造輪子”的競賽：

為量子計算機穿上“防彈衣”

這項聽起來極為高深的研究，究竟有何意義？山西晚報·山河＋記者在山西大學的實驗室里，采訪了梅鋒。他用一個生動的比喻揭開了“拓撲”的神秘面紗。“你可以把拓撲理解成一種‘形狀的本質’。”梅鋒解釋道，“一個茶杯和一個面包圈，在拓撲上是‘一樣’的，因為它們都有一個洞。無論你怎么拉伸、扭曲，這個洞都不會消失。這種在變化中保持不變的特性，就是‘拓撲保護’。”

這一特性和量子計算機關系密切。談及量子計算機的優(yōu)勢，梅鋒用了一個形象的比喻：“當前世界最先進的經(jīng)典超級計算機，隨著算力的強大需要很大空間來容納所有的機柜和冷卻系統(tǒng)。但未來，一臺或許只有我們現(xiàn)在服務器機柜大小的量子計算機，其算力就能輕松超越前者。”這種指數(shù)級的算力飛躍，根源在于兩者原理的根本不同。

當前全球競相研發(fā)的量子計算機，雖然擁有傳統(tǒng)計算機無法比擬的算力，但其核心單元“量子比特”卻極其脆弱，像溫室里的花朵，容易受外界環(huán)境干擾而出錯。“我們的研究，就是要為這些‘脆弱’的量子比特尋找甚至創(chuàng)造一種具有拓撲保護特性的新材料或新狀態(tài)，就像為它穿上了一件強大的‘防彈衣’，讓它能抵抗干擾，穩(wěn)定工作。這是實現(xiàn)下一代‘通用容錯量子計算機’的關鍵一步。”

梅鋒表示，“我們現(xiàn)在這項工作，就好比在造量子計算機這個宏大工程中造一個關鍵‘輪子’的工作，實則是當前國際科學界競爭最激烈的焦點之一，其難度猶如摘取‘學術王冠上的明珠’。”

“國家隊”中的山西力量：

助力超導量子芯片“領跑”

這項研究依托的是我國自主研發(fā)的“祖沖之2號”超導比特量子信息處理器。超導量子比特也被授予了2025年諾貝爾物理學獎。這一領域的研究者都知道，在該領域，中國科學技術大學的潘建偉院士團隊是當之無愧的“國家隊”。那么，山西大學團隊在其中扮演了怎樣的角色？

“計算機的硬件主要由‘國家隊’的伙伴們負責加工制造，這本身就是一個極其復雜的工程。”梅鋒表示，“而我省的核心貢獻在于——發(fā)展了實現(xiàn)拓撲保護的超導量子比特物態(tài)新原理，為設計新一代拓撲保護超導量子比特芯片奠定了關鍵基礎。簡單說，我們將拓撲保護的新原理，引入到量子比特芯片中，從而提升量子芯片抗環(huán)境干擾的魯棒性（指系統(tǒng)或模型在面對不確定性、干擾或異常情況下，保持其功能和性能穩(wěn)定的能力），實現(xiàn)拓撲保護的量子計算。”

這種強強聯(lián)合，使得中國團隊在全球范圍內首次成功觀測到量子比特高階拓撲物態(tài)，實現(xiàn)了從“跟跑”到在某些關鍵點上“并跑”乃至“領跑”的跨越。梅鋒表示，這充分證明了山西大學在該領域的深厚積累與創(chuàng)新能力。

“勤能補拙”的堅守：

每天14小時的“山西科研節(jié)奏”

目前，在該領域處于領先地位的是美國谷歌和我國中國科學技術大學。面對谷歌這樣的科技巨頭，中國科研團隊靠什么實現(xiàn)突破？梅鋒說，“我們依靠的是時間、組織協(xié)作，以及持續(xù)追求創(chuàng)新的信念。”

“我們的工作狀態(tài)基本是從早上8點到晚上10點，每天大約14個小時。”梅鋒說，“這在我們實驗室是常態(tài)，國內很多頂尖團隊也保持著相似的節(jié)奏。在全球科技競賽中，我們能把握的，就是投入更多時間、持續(xù)不懈地追求。”

梅鋒所帶領的團隊十分年輕，主要由博士和碩士研究生組成。在平時研發(fā)中，他堅持每周與每位學生“一對一”深入交流，每次討論持續(xù)數(shù)小時，以確保每個研究方向都能精準推進。在他看來，山西大學擁有的光量子技術與器件全國重點實驗室這一國家級平臺，是團隊能夠潛心從事前沿探索的堅實后盾。

為山西爭光：

不斷自主創(chuàng)新邁向量子前沿

采訪中，梅鋒并不諱言在我省從事前沿科研所面臨的挑戰(zhàn)，包括資源相對緊張、外界關注度不高等。但正是這份在“不容易”環(huán)境中取得的突破，更顯其含金量。

“很多人會覺得，這么前沿的東西，肯定發(fā)生在國內的發(fā)達城市。但我們用實實在在的成果證明了，在山西，我們同樣可以做出一流的世界級科研成果。”梅鋒說，“這項成果是‘四個面向’中‘面向世界科技前沿’的生動實踐。它屬于中國，也屬于山西。”

這篇刊登于《科學》的論文，不僅是一項學術突破，更能彰顯我省在量子信息技術科技創(chuàng)新的新賽道上悄然發(fā)力，穩(wěn)步前行。這支扎根于黃土高原的“量子團隊”，正用他們的智慧與汗水，為國家貢獻著不可或缺的“山西力量”。

來源：山西晚報·山河+

記者：張磊