量子纠缠，爱因斯坦曾调侃为“鬼魅般的超距作用”，如今已是量子世界不可或缺的资源。它的用途大抵有二：其一，充当量子信道，使量子态得以跨越空间隐形传递；其二，充当“胶水”，将无数微观粒子组织成长程纠缠的量子物态。前者的极致，是中国团队在卫星与地面之间的若干光子的量子隐形传态实验；后者的结晶，则是近年来世界顶尖量子计算平台上相继实现的阿贝尔与非阿贝尔拓扑量子液体（量子纠错码）。而要在未来的量子技术中更进一步，还需一项基本能力：把一团量子比特织就的纠缠量子物质，作为一个整体传送到远方，彷如星际迷航中将宇航员从飞船传送至异星表面。然而倘若可用的纠缠资源有限，这场传送还能成功吗？传送的纠缠资源与织造量子态的纠缠有何制约关系？  

近期，浙江大学超导量子计算实验团队与香港科技大学（广州）量子多体理论团队合作，在浙江大学自主研发的125 比特超导量子芯片上，首次实现了码距高达 7 的拓扑表面码的量子隐形传态，并首次在实验中观测到“传态相变”：只有当芯片间的纠缠资源强过一个临界门槛，量子多体态的拓扑序及其携带的逻辑量子信息才能传送成功。团队还借助电磁对偶对称性，通过注入非克利福德（non-Clifford）“魔法”资源，将传态所需的纠缠阈值大幅降低。相关成果以“Teleportation transition of surface codes on a superconducting quantum processor”为题，于 2026 年 10 月 22 日发表于《自然·物理》（Nature Physics）。

量子物质的“整体传送”难在何处

拓扑表面码是通往容错量子计算的主流方案：它把逻辑量子信息分散编织进二维晶格上数十个物理比特的长程纠缠之中，局域发生的错误可以被周围的稳定子测量识别并纠正，恰似一张渔网，剪断几股线并不妨碍整张网的功能。然而，要传送这样一团纠缠物质，问题变得微妙起来，因为此时存在两种纠缠：一种是物质内部织就拓扑序的长程纠缠，另一种是两套系统之间充当“桥梁”的纠缠资源。前者能在多大程度上降低对后者的要求？桥梁残破到何种程度，传送便会失败？香港科技大学（广州）团队与合作者此前的理论工作（PRX Quantum 5, 040313 (2024)）给出了预言：不完美的纠缠桥梁对拓扑物质的作用相当于一场弱测量，其后果由二维随机统计模型（八顶角模型）刻画，传态的成败之间存在由 Nishimori 临界点界定的尖锐相变，而电磁对偶对称性可以把阈值推向极致，并催生新的自对偶量子临界点（arXiv:2502.14034 (2025)）。要在真实芯片上画出这张相图，需要近百个量子比特以极高门保真度协同工作，实验上从未有人做到。

在超导芯片上搭建“传送台” 

经过设计，研究团队在 125 比特芯片上划分出 Alice、Bob 两套交错排列的码距 7 表面码，共动用 98 个量子比特。Alice 端用浅层线路制备好拓扑逻辑态，Bob 端处于简单的直积态；随后在两端之间施加强度可连续调节的横向纠缠门，用一个参数 t 系统模拟从“完好信道”到“完全断开”的各种情形，最后用最大似然解码器判定 Bob 端能否重构出逻辑信息。 

 

传态相变：纠缠资源有临界门槛

如同水在零度结冰，逻辑信息的可传性随纠缠强度呈现鲜明的相变。纠缠足够强时，码距越大，纠错“越纠越对”；一旦纠缠弱过临界点，拓扑保护失效，码距越大反而“越纠越错”。通过有限尺寸标度分析，团队从实验数据中提取出临界伪阈值，与理论预言的 Nishimori 临界点高度吻合。量子处理器上对这类 Nishimori 临界点的早期实验观测，可追溯到相关作者此前与 IBM 量子团队的合作论文（Nature Physics 21, 161 (2025)）：彼时是完全不同的量子方案，目标是快速制备量子纠缠猫态；两处却共享同一种临界现象。截然不同的体系殊途同归，正是演生物理“普适性”的写照。

对称性作为设计原理：电与磁的制衡

如何用更少的纠缠资源完成传送？表面码中，比特翻转 X 错误会在网上制造“磁激发”，相位 Z 错误则制造“电激发”。噪声若偏朝一个方向，一类激发独大，很快把拓扑序冲垮。团队巧妙地反向利用相干性错误，将量子比特的旋转轴从 X 方向可控地转到 X+Z 的“魔术方向”，系统便恢复电磁自对偶性——在量子计算语言里，这相当于给线路注入了超越经典 Clifford 操作的“魔法”资源，而该电磁自对偶对称性必然需要魔法资源。

其效果是直观的：同一份伤害被平摊给电、磁两类激发，互相制衡、谁都不过载，弱测量带来的等效错误率直接减半。实验测得的传态阈值从 0.122(2)π 跃升至 0.175(5)π（基于同样的测量与解码方法），相比单向噪声情形显著提升。事实上，此前的理论工作（PRX Quantum 5, 040313 (2024)）已经证明：在电磁自对偶性的保护下，即便纠缠桥微弱到近乎断开，拓扑序依然能够传送，逻辑信息并不丢失，相当于阈值被推向理论上限 0.25π； 是要从中重拾信息，还需更精妙的测量与解码手段（arXiv:2512.19786 (2025)），这正是我们接下来要解决的一个问题。 

 

任意逻辑态皆可传

作为通用性检验，团队还传送了包括 H 型逻辑魔法态在内的一组任意逻辑量子态。经历完整传送流程后，Bob 端接收到的平均逻辑保真度达 0.95(2)，与传送前 Alice 端的 0.96(1) 几乎持平，证明该方案对通用容错计算所需的量子资源同样有效。 

意义与展望

这项工作把“量子多体传态相变”从理论概念变为一张可测量的实验相图，验证实现拓扑量子态的量子隐形传态所需要的纠缠阈值，建立起一套标定和优化多体纠缠资源的研究范式，为分布式容错量子计算，即让多块量子芯片像一台机器那样协同工作，迈出了关键一步。

展望未来，仍有几个引人入胜的方向：其一，设计关联解码器，把 Alice“能读懂”与 Bob“能修复”之间的信息差利用起来；其二，引入中途测量与快速重置技术，把拓扑态的制备从线性深度压缩到常数深度，进一步压低噪声；其三，走向真正非局域的传态——在两块芯片、两个模块之间远距离传送逻辑态。距离拉远，就对应相图上旋钮调大；今天画出的这张理论相图，正是明天量子组网的地图。 

合作贡献

论文共同第一作者为浙江大学物理学院博士生邹亦仁、香港科技大学（广州）夏弘宽、浙江大学物理学院博士生张奥赛；共同通讯作者为浙江大学杭州国际科创中心张鹏飞研究员、香港科技大学（广州）朱国毅助理教授、浙江大学物理学院王浩华教授。其中，研究的理论构想由香港科技大学（广州）团队提出，该团队还完成了全部理论与计算数值分析，运用基于张量网络的最大似然解码器从实验测量的比特串数据中解码逻辑信息；量子实验测量与数据分析由浙江大学团队完成。实验芯片由浙江大学微纳加工中心自主制备，室温测控电子学由杭州逻辑比特科技研发。