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

這可能是量子計(jì)算領(lǐng)域的一次“地震級(jí)”突破，為未來(lái)打造從不錯(cuò)亂的超級(jí)量子計(jì)算機(jī)指明了方向。2025年11月28日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）重磅發(fā)布了這項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、朱曉波、彭承志、龔明等團(tuán)隊(duì)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(gè)“怎么晃都不壞”的量子模塊。

如果你問(wèn)量子科學(xué)家最怕什么，答案一定是：噪聲。

現(xiàn)在的量子計(jì)算機(jī)雖然算力驚人，但它們的計(jì)算模塊——量子比特（Qubit），簡(jiǎn)直比林黛玉還嬌氣。哪怕是環(huán)境里的一點(diǎn)點(diǎn)熱量、一絲絲電磁波，甚至是你打個(gè)噴嚏造成的微弱振動(dòng)，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(gè)甚至上千個(gè)量子比特去保護(hù)一個(gè)邏輯比特。這好比為了運(yùn)送一顆雞蛋，專(zhuān)門(mén)造了一輛裝甲車(chē)，成本高到離譜，效率低到令人發(fā)指。

難道就沒(méi)有一種辦法，讓量子比特自己變得“皮糙肉厚”嗎？

潘建偉團(tuán)隊(duì)把目光投向了一個(gè)神秘的數(shù)學(xué)領(lǐng)域——拓?fù)洌═opology）。

拓?fù)鋵W(xué)里有一個(gè)著名的梗：在拓?fù)鋵W(xué)家眼里，一個(gè)甜甜圈和一個(gè)馬克杯是一樣的，因?yàn)樗鼈兌加幸粋€(gè)洞。無(wú)論你怎么揉捏這個(gè)面團(tuán)（只要不撕破），那個(gè)洞永遠(yuǎn)存在。

這種“抗揉捏”的特性，就是我們夢(mèng)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(gè)“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(shí)驗(yàn)中，中國(guó)團(tuán)隊(duì)不想只在邊緣做文章，他們要挑戰(zhàn)更高難度的——高階拓?fù)湎啵℉igher-Order Topological Phases）。

通俗點(diǎn)說(shuō)，他們要把量子信息逼到墻角，鎖死在那里。

但這事兒說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)簡(jiǎn)直是“逆天而行”。因?yàn)檫@種特殊的“高階非平衡拓?fù)湎唷保谧匀唤绲奶烊徊牧侠锔菊也坏?！它就像是一個(gè)違背常理的幽靈，必須靠人工強(qiáng)行制造。

于是，祖沖之2號(hào)超導(dǎo)量子處理器登場(chǎng)了。

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

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

如果不理解這個(gè)術(shù)語(yǔ)也沒(méi)關(guān)系，你可以把它想象成一場(chǎng)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(dòng)，這種動(dòng)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(cè)到，能量和信息沒(méi)有四散逃逸，而是乖乖地聚攏在了這個(gè)二維網(wǎng)格的四個(gè)角落。

這就是傳說(shuō)中的“角模式”（Corner Modes）。

這四個(gè)角落，成了量子信息的避風(fēng)港。

在這個(gè)狀態(tài)下，量子信息仿佛獲得了一層隱形的“防護(hù)罩”。無(wú)論中間的網(wǎng)格怎么受到擾動(dòng)，只要整體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)變，躲在角落里的信息就安然無(wú)恙。

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

《科學(xué)》雜志的審稿人看到這一結(jié)果后難掩激動(dòng)，評(píng)價(jià)這是從一維到二維的“顯著提升”，展示了“豐富的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?。因?yàn)檫@證明了，哪怕是在目前這種還充滿(mǎn)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(cuò)的量子計(jì)算機(jī)可能還有很長(zhǎng)的路要走，但這項(xiàng)研究推開(kāi)了一扇新的大門(mén)。

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

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

中國(guó)團(tuán)隊(duì)再次證明，在探索微觀世界的無(wú)人區(qū)時(shí)，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(xiàn)：

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.