在大多數(shù)人印象中，山西的標(biāo)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(xué)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(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（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(dǎo)量子比特新奇物態(tài)。這項研究的背后，是山西大學(xué)光量子技術(shù)與器件全國重點實驗室與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)超導(dǎo)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(zé)人之一——山西大學(xué)光量子技術(shù)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(xué)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(zhì)’?！泵蜂h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’?！?/p>

這一特性和量子計算機關(guān)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(dāng)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(wù)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(dāng)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?！拔覀兊难芯?，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(guān)鍵一步?！?/p>

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(guān)鍵‘輪子’的工作，實則是當(dāng)前國際科學(xué)界競爭最激烈的焦點之一，其難度猶如摘取‘學(xué)術(shù)王冠上的明珠’?！?/p>

“國家隊”中的山西力量：

助力超導(dǎo)量子芯片“領(lǐng)跑”

這項研究依托的是我國自主研發(fā)的“祖沖之2號”超導(dǎo)比特量子信息處理器。超導(dǎo)量子比特也被授予了2025年諾貝爾物理學(xué)獎。這一領(lǐng)域的研究者都知道，在該領(lǐng)域，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉院士團隊是當(dāng)之無愧的“國家隊”。那么，山西大學(xué)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(zé)加工制造，這本身就是一個極其復(fù)雜的工程?！泵蜂h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(dǎo)量子比特物態(tài)新原理，為設(shè)計新一代拓撲保護超導(dǎo)量子比特芯片奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。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?！?/p>

這種強強聯(lián)合，使得中國團隊在全球范圍內(nèi)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(guān)鍵點上“并跑”乃至“領(lǐng)跑”的跨越。梅鋒表示，這充分證明了山西大學(xué)在該領(lǐng)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(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的是美國谷歌和我國中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。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?！泵蜂h說，“這在我們實驗室是常態(tài)，國內(nèi)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?！?/p>

梅鋒所帶領(lǐng)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(xué)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(zhǔn)推進。在他看來，山西大學(xué)擁有的光量子技術(shù)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(guān)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(nèi)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?！泵蜂h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?！?/p>

這篇刊登于《科學(xué)》的論文，不僅是一項學(xué)術(shù)突破，更能彰顯我省在量子信息技術(shù)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