量子计算革命越来越近，但对可纠正错误的计算机的需求继续阻碍着它的发展。

通过康奈尔大学牵头与IBM的合作，研究人员将这场革命向前推进了一步，并取得了两项重大突破。首先，他们演示了通用量子门(量子计算的基本组成部分)的抗错误实现。其次，他们展示了拓扑量子计算机在解决传统计算机无法解决的难题方面的强大能力。

在《自然通讯》发表的文章《实现弦网凝聚：用于通用门和采样色多项式的斐波那契任意子编织》中， IBM、康奈尔大学、哈佛大学和魏茨曼科学研究所的研究人员进行了国际合作，首次展示了通过在二维空间中编织(按特定顺序移动)斐波那契弦网凝聚(Fib SNC)任意子(奇异的准粒子)来编码信息的能力。

“这实际上是迈向通用拓扑量子计算或容错计算的第一步，”共同通讯作者、文理学院物理学教授 Hans A. Bethe Eun-Ah Kim 说。

“二维性对于提高容错性和抵抗错误的能力至关重要。如果所有事情都只在一个维度上进行，就不可能实现容错，”本文共同通讯作者、物理学助理教授(A&S)Chao-Ming Jian 说道。

研究人员在一个已知的难题上(而非为实验而发明的难题)展示了他们方法的威力。在小规模上，他们可以用经典计算机验证量子计算机的结果，以此作为原理证明。

他们选择的难题涉及色多项式，它源于一个包含不同颜色节点和一些简单规则的图的计数问题。经典计算机可以计算出一个只有少量节点和几种颜色的简单图中允许的着色数量。但是，一旦图变得庞大，节点和连接变得众多，可能性的数量就会迅速呈指数级增长。经典计算机无法计算这么多的可能性。

研究人员使用的协议——对一组不同图表的色度多项式进行采样，其中颜色数量是黄金比例——是可扩展的，因此其他拥有量子计算机的研究人员可以在更大规模上复制它。

“有人可以按照我们的规程，做一些传统上不可能做到的事情，”金说。“我们把它当作对任何人的挑战。”

研究拓扑有序多体量子系统(包含大量相互作用的量子粒子的系统)及其在量子计算中的应用，对量子研究人员来说是一项巨大的挑战。Kim 表示，能够利用来自世界各地(包括产业界和学术界)科学家的资源、专业知识和洞察力，对于他们的团队取得成果至关重要。

她表示：“IBM 的研究人员在理解拓扑态理论以及如何设计在量子计算机上实现该理论的协议方面发挥了至关重要的作用，而他们正是量子计算机的开发者。我们的其他同事在硬件模拟方面做出了重要贡献，将理论与实验相结合，并确定了我们的策略。”

更多信息： Zlatko K. Minev 等人，《实现弦网络凝聚：用于通用门和采样色多项式的斐波那契任意子编织》，《自然通讯》(2025)。期刊信息： 《自然通讯》