在量子计算领域,如何保持量子态的稳定性一直是制约技术实用化的核心瓶颈。
传统理论认为,量子多体系统在演化过程中会迅速丧失初始信息,这种现象被称为"热化"——类似于冰块受热后最终融化为均匀液态水的过程。
但最新研究表明,量子系统在完全热化前存在关键的"预热化平台",这一发现为信息保存提供了宝贵的时间窗口。
研究团队通过理论建模发现,当采用基于Thue-Morse序列的随机多极驱动(RMD)技术时,量子系统会呈现独特的非周期性响应。
这种驱动方式具有数学上的自相似特性,使得78个量子比特构成的超导芯片能够在外场作用下,维持长达微秒量级的稳定状态。
实验数据显示,通过调节驱动参数,预热化平台持续时间可实现三个数量级的精确调控。
该突破的技术价值体现在三个维度:首先,解决了量子计算中"相干时间短"的固有难题,使量子比特能够更长时间保持有效工作状态;其次,验证了中等规模量子系统的可控性,证明芯片性能提升不单纯依赖比特数量增加;更重要的是,为设计抗噪声量子处理器提供了新思路,其调控原理可拓展至拓扑量子计算等前沿领域。
值得关注的是,这项研究采用了"理论预研—数值模拟—实验验证"的全链条创新模式。
团队自主研发的量子芯片测控系统,实现了对78个量子比特的同步精确操控,其保真度达到国际先进水平。
这种系统级攻关模式,标志着我国在量子调控领域已从跟跑转向并跑阶段。
业内专家指出,该成果将产生深远影响:在基础研究层面,为理解多体量子系统的非平衡态动力学开辟了新途径;在应用层面,其技术方案可直接应用于量子存储器设计,预计可使现有量子计算机的有效运算时间提升10倍以上。
随着后续研究深入,这项技术有望与量子纠错编码相结合,构建更稳健的量子计算架构。
从“热化不可避免”到“热化节奏可控”,变化的不仅是对量子系统演化规律的认识,更是人类驾驭微观世界的能力边界。
以系统性方案提升可控性、以实验事实校准理论与计算,正是基础研究与关键技术相互成就的现实路径。
随着更多可调控、可验证的物理机制被发现并纳入工程体系,量子计算迈向实用化的步伐将更稳、更实。