量子计算机能够以远超传统超级计算机的速度处理一些计算任务。然而，要实现通用的量子计算机，一个巨大的挑战是，如何保护编码信息的量子比特免受噪声干扰？物理学家发现，一些奇异的量子物相具有长程纠缠模式，可用于量子纠错，保护量子信息，让量子计算更稳健。在 Science 杂志 12 月 2 日发表的两篇论文中，研究人员用可编程量子处理器模拟量子物相，并测量其中的长程量子纠缠模式。
在非常低的温度下，一些材料可能会凝聚成奇异的物相，其中量子纠缠会成为支配它们行为的主要特征。这些量子物相不同于普通的固体、液体、气体和等离子体，会表现出奇异的性质，例如以不同寻常的方式相互干涉的准粒子激发。从应用角度来看，这些量子物相可能在提高量子存储设备（量子计算机的关键组件）的鲁棒性方面发挥关键作用。
然而，尽管理论物理学家已经预测这些量子物相在各种条件下的存在，但是在实验上实现具有长程纠缠的量子物相却极为困难。近期，Satzinger 等人[1]和 Semeghini 等人[2]分别通过使用耦合超导电路和原子阵列，对这些量子物相及其关键特征进行了直接观察。
量子物相有很多种类型，其中两个最广为人知的例子是超导体和玻色-爱因斯坦凝聚。由于自旋之间的长程纠缠模式是凝聚态物理学中的基本问题，并且在量子信息系统中具有潜在应用，研究人员一直专注于相关研究。自旋之间的量子关联可以是长程和“拓扑”的，这意味着在连续局部变形下，这种关联不会改变，因此，这种奇异的量子物相被认为具有“拓扑序”。
在具有拓扑序的量子物相中，研究最多的是那些打破时间反演对称性的相——这意味着如果时间倒流，它们的行为会有所不同。非时间反演对称拓扑相的一个关键实验特征，是它们有鲁棒的边缘模，即沿材料外边缘运行的持续电流。分数量子霍尔效应就是这样一个例子，它引导物理学家发现了拓扑绝缘体和超导体。
相反，量子计算机设计者们对时间反演对称的拓扑相更感兴趣，因为这些物相可用于量子纠错，保护量子信息免受噪声、扰动和其他有害影响。
这两个实验首次展现了具有时间反演对称性的拓扑有序相的明确证据。它们都不是像往常一样通过新材料实现，而是通过量子处理器虚拟实现。尽管量子处理器提供了一种创建长程纠缠量子态的机制，它们最关键的贡献其实是提供了一种方法来测量表征拓扑序的长程纠缠模式，从而展现了量子计算技术可以成为探索量子多体系统的工具。