当前,量子计算已成为全球科技竞争的重要前沿。
然而,量子系统在实际应用中面临一个长期困扰科学界的难题:当外部力量持续推动量子系统时,其内部状态的演化规律并不遵循人们的直观预期。
日前,中国科研团队在这一基础理论问题上取得重要突破,为深入理解和精准调控量子系统提供了新的科学依据。
问题的本质在于量子系统的"热化"过程。
在经典物理中,当我们对物体加热时,温度会单调上升。
但在量子世界中,情况要复杂得多。
当外界不断向量子系统输入能量时,系统并不会立刻陷入完全混乱的状态,而是会在某个阶段停留在相对稳定的"预热化平台"。
这一反直觉的现象意味着,系统虽然在吸收能量,但其内部结构仍保持着某种有序性,信息并未完全扩散。
这个预热化阶段会持续多久、如何加快或减慢其进程,以及哪些因素会影响这一过程,这些问题已远超经典计算机的计算能力。
为了解决这一难题,中国科研团队借助自主研发的78比特超导量子芯片"庄子2.0",在量子模拟器上进行了系统性研究。
通过改变外部驱动的方式和节奏,科学家成功实现了对预热化过程的可调控。
这相当于通过改变"加热"的方法,可以精确控制量子系统停留在稳定阶段的时间长度。
研究表明,只有当预热化阶段结束后,量子系统内部状态才会迅速变得复杂,信息在整个系统中快速扩散,其复杂程度已经超出任何经典计算机的预测范围。
这项成果的意义在于多个层面。
从基础科学角度看,它深化了人类对量子多体系统动力学的理解,揭示了量子系统在非平衡条件下的演化规律。
从应用前景看,对预热化过程的精准调控为量子计算的实际应用奠定了理论基础。
在量子计算机的运行过程中,如何防止量子信息过早丧失、如何在最优时间点进行测量和操作,这些都与预热化过程的控制密切相关。
此外,这一研究方向也为人工驱动调控量子系统开辟了新的可能性,有助于推动量子模拟、量子优化等应用领域的发展。
该研究成果已在国际顶级学术期刊《自然》杂志上发表,标志着中国在量子科学基础研究领域的国际竞争力不断提升。
这也反映出我国在超导量子芯片设计、量子模拟技术等关键领域的技术进步。
量子世界并非只在“有序”与“混乱”之间一跃而过,预热化所揭示的中间阶段说明,复杂系统的演化节奏同样可以被理解与塑形。
以国产量子芯片为依托,对随机驱动下热化规律开展系统研究,既是对前沿基础问题的回应,也为面向未来的量子调控积累可验证的经验。
真正的突破,往往来自对“过程”的把握——当热化的快慢可测、可调、可预测,量子技术迈向稳定可用也就更进一步。