量子物理学的图景中充满了奇异的现象，从纠缠的反直觉关联到拓扑相的鲁棒的、全局定义的性质。传统上，这些相的研究主要通过理论模型和涉及在极端条件下对材料进行精细调控的复杂实验来完成。然而，可控量子计算平台的出现，为探索宇宙的这些基本方面开辟了令人兴奋的新途径。最近PRL上一篇题为“在量子计算机上跨越拓扑相变玩非局域博弈”的论文，提供了一个引人注目的例子，它展示了一种新颖的方法，通过在真实的量子计算机上进行非局域量子博弈来探测拓扑相并见证拓扑相变。

该论文的核心在于将三个强大的概念连接起来：物质的拓扑相、非局域量子博弈以及现代量子计算机的实验能力。拓扑相代表一种不以局域序参量或对称性破缺为特征的物态，这与固体或液体等传统物相不同。相反，它们的性质是由量子态的全局拓扑特征决定的，这使得它们对局域微扰具有非凡的鲁棒性。这种鲁棒性对于量子计算尤其有趣，因为它为构建容错量子计算机提供了潜在的途径。不同拓扑相之间或拓扑相与平凡相之间的转变是一种量子相变，无法仅通过测量局域性质来检测，这对实验表征提出了重大挑战。

另一方面，非局域博弈是植根于量子力学基础和纠缠理论的理论结构。典型的非局域博弈涉及两个或多个玩家，通常称为Alice和Bob，他们在游戏开始前约定一个策略，但在游戏过程中被分开并禁止交流。一位裁判向每个玩家发送问题，他们必须提供答案。如果他们的答案满足取决于所收到问题的某个条件，他们就赢得博弈。关键在于，如果Alice和Bob在游戏开始前共享一个纠缠的量子态，他们通常可以根据收到的问题，通过测量共享态的各自部分来采用一种“量子策略”。对于某些博弈，这种量子策略使得他们能够以高于任何经典策略（即使他们事先约定了一个共享的随机变量）的概率获胜。这种现象是量子关联的一种体现，著名的例子是Bell定理并在CHSH博弈等实验中得到证实。因此，非局域博弈是探测和量化量子系统中非经典关联的强大工具。

该论文提出的创新在于在拓扑相特有的鲁棒纠缠模式与在专门设计的非局域博弈中实现量子优势的能力之间建立了直接联系。作者提出了一类新的多人量子博弈，其中拓扑有序态是使玩家能够以超过经典最大值的概率获胜的资源。至关重要的是，他们表明，这些博弈提供的量子优势不仅存在于理想的、精确可解的拓扑模型中，而且即使当拓扑态受到任意局域微扰时也依然存在。这种鲁棒性是底层量子态的拓扑性质的直接结果。

这一概念的实验实现是在 Quantinuum H1-1 量子计算机上进行的。研究人员不仅仅是制备了一个完美的拓扑态；他们专注于制备一系列连续的态，这些态通过施加随机形变，从拓扑有序态平滑地演变到平凡态。具体来说，他们使用了与 Toric Code 模型相关的态，该模型已知在某些类型的微扰下会发生从拓扑相到平凡相的相变。

在量子计算机上玩非局域博弈，意味着制备这些形变后的Toric Code态中的一种，然后根据设计的博弈规则，对量子比特执行一组特定的测量。这些测量的结果决定了玩家的“答案”。通过在形变路径上的不同点（即有效地调控一个驱动相变的参数）重复制备态并玩博弈，研究人员可以测量获胜概率。

实验的核心结果是观察到量子优势——量子获胜概率超过经典最大值的程度——在态调控穿过相变时发生了显著变化。在拓扑有序相中，鲁棒的纠缠使得玩家（量子计算机）能够达到高获胜概率，展现出量子优势。然而，当态穿过拓扑相变进入平凡相时，拓扑序及其相关的鲁棒关联丧失了。这种丧失直接通过非局域博弈获胜概率的急剧下降来见证，最终接近经典极限。即使在随机形变下，量子优势在拓扑相深处的持续存在，进一步突显了拓扑序的鲁棒性。这种行为与使用非拓扑纠缠态（如形变后的GHZ态）进行的类比实验形成了对比，后者的局域微扰更容易破坏量子优势，尤其是在热力学极限下。

这项工作代表了凝聚态物理学和量子信息科学领域的重大进展。对于凝聚态物理学而言，它提供了一种新颖的、面向设备的方法，通过一项功能性任务（非局域博弈）来实验性地识别和探测拓扑相及其相变，而不是仅仅依赖于传统的谱学或热力学测量。它证明了在特定博弈中与量子优势相关的量子关联与底层的物态本质上是联系在一起的。对于量子信息科学而言，它展示了当前噪声中等规模量子（NISQ）计算机探索基础物理现象以及实现涉及多体纠缠态和非局域测量的复杂协议的能力。使用常数深度电路和反馈机制，为在现有硬件上操纵和探测量子态指明了实用的方法。