中国科学院物理所在量子芯片实验中取得重要进展 78比特"庄子2.0"揭示量子系统可控规律

在量子科技竞争日益激烈的国际背景下,我国科学家在量子计算基础研究领域取得重要进展。

中国科学院物理研究所范桁研究员团队与北京大学合作者,利用自主研发的78比特"庄子2.0"超导量子芯片,首次在实验上观测到量子系统预热化平台的可控规律,这一发现为理解量子多体系统动力学提供了新视角。

量子系统的热化过程是量子计算研究的核心问题之一。

传统理论认为,量子系统在外部驱动下会迅速达到热平衡状态。

然而,研究团队通过精密实验发现,系统在完全热化前会经历一个相对稳定的预热化平台阶段。

这一现象类似于冰块融化过程中的温度平台期,揭示了量子系统演化的非单调特性。

实验数据显示,预热化平台具有三个显著特征:系统初始信息保留度高、熵增长受到抑制、平台持续时间可调。

这些特性表明,量子系统的热化过程并非不可控,而是可以通过特定驱动方式进行调节。

研究采用的随机调制驱动技术,为操控量子系统提供了新方法。

该研究的突破性意义体现在三个方面:首先,在科学认知层面,修正了传统量子热化理论,揭示了预热化这一中间态的调控规律;其次,在技术应用层面,为延长量子态寿命、提高量子计算稳定性提供了新思路;第三,在研究方法上,展示了量子模拟器在研究复杂量子系统方面的独特优势。

研究团队指出,这一成果的取得得益于多学科交叉创新。

在硬件方面,"庄子2.0"芯片采用特殊结构设计,实现了高精度量子态操控;在理论方面,建立了描述预热化现象的新模型;在算法方面,开发了针对大规模量子系统的模拟方法。

这种"实验-理论-计算"三位一体的研究模式,为后续量子科技攻关提供了示范。

展望未来,该研究成果将推动量子计算研究向两个方向发展:一方面,通过深化对预热化机制的理解,有望开发出更高效的量子纠错方案;另一方面,基于随机调制驱动技术,可探索时间晶体、多体局域化等前沿课题。

随着量子比特规模的扩大,这些基础研究成果将为构建实用化量子计算机奠定重要基础。

理解量子世界的复杂性,既要追求更大规模的硬件能力,也要找到可控、可验证的物理规律与实验窗口。

预热化平台的发现与调控,提示人们:量子系统的演化并非只能“走向混乱”,通过科学设计同样可以获得可利用的秩序阶段。

沿着这一方向稳步推进,有望把对量子规律的认识转化为更可控、更可靠的技术能力,为未来量子科技从实验探索迈向应用落地提供坚实支撑。