1月28日，国际顶级学术期刊《自然》杂志发表了一项来自中国科研团队的突破性成果——借助78比特超导量子芯片“庄子2.0”，首次在量子模拟器上实现了超越周期（准周期）的随机驱动下可调预热化现象的系统性研究。这一成果不仅揭示了量子系统在外部驱动下的非线性演化规律，更为人工调控复杂量子系统提供了全新范式，标志着我国在量子模拟领域迈入国际前沿。
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量子“预热化”：颠覆经典认知的复杂现象
在经典物理世界中，当系统被持续加热时，其状态变化通常遵循可预测的规律。例如，冰块在升温过程中会经历固态、液态共存，最终完全融化。然而，量子系统的“热化”过程却远比这复杂得多。当量子系统被外部随机或周期性驱动时，其能量吸收与信息扩散并非单调进行，而是可能在一个相对稳定的中间阶段停滞——这一现象被称为“预热化”。
“预热化阶段类似于冰水混合物中的‘平台期’：外界持续输入能量，但系统状态并未立即变得混乱，而是维持在一个动态平衡的中间态。”研究团队成员解释道。这一阶段的长短、稳定性及演化方向，受驱动方式、系统参数等多重因素影响，其复杂性远超经典计算机的模拟能力。如何理解并调控这一过程，成为量子物理领域长期悬而未决的难题。
“庄子2.0”量子芯片：突破复杂系统模拟瓶颈
为攻克这一挑战，中国科学院物理研究所与北京大学联合团队，依托自主研发的78比特超导量子芯片“庄子2.0”，设计了一套超越传统周期驱动的随机调控方案。通过精确控制量子比特的相互作用与外部驱动脉冲的随机性，团队首次在实验中观测到预热化平台的动态调控规律，并验证了其可重复性与稳定性。
实验表明，通过调整驱动信号的随机性强度与频率，可显著延长或缩短预热化阶段的持续时间。例如，当驱动信号呈现特定准周期模式时，系统会长期滞留在预热化平台；而引入可控随机扰动后，平台迅速瓦解，系统进入完全热化状态。这一发现颠覆了传统认知，证明量子系统的演化节奏可通过人工干预实现精准调控。
“‘庄子2.0’的高比特数与低噪声特性，使我们能够模拟传统计算机无法处理的复杂量子动力学。”团队负责人表示。相比此前依赖经典计算机的数值模拟或小规模量子实验，该研究首次在中等规模量子系统上实现了从观测到调控的全链条突破，为理解多体量子系统的非平衡演化提供了关键实验证据。
从科幻到现实：量子模拟助力复杂系统预测
科幻电影《流浪地球2》中，超级智能体“MOSS”凭借量子计算能力预测复杂系统演化，这一设定如今正逐步照进现实。研究团队指出，量子预热化现象广泛存在于凝聚态物理、量子化学及宇宙学等领域。例如，高温超导材料中的电子配对、黑洞信息悖论中的信息扩散，均可能涉及类似的非平衡演化过程。
“传统计算机在模拟这类问题时，往往因计算量指数级增长而失效。而量子模拟器通过直接构建目标系统，可高效捕捉其核心物理特征。”论文共同作者强调。此次成果不仅为量子计算在材料设计、药物研发等领域的应用奠定了基础，更揭示了利用量子系统自身特性实现“自我调控”的潜在路径——例如，通过设计特定驱动协议，延长量子比特的相干时间，或优化量子传感器的灵敏度。
国际评价：开启量子非平衡研究新范式
《自然》杂志审稿人高度评价该研究，认为其“首次在实验上验证了随机驱动对量子预热化的可控性，为多体量子系统的非平衡动力学研究提供了全新工具”。国际量子物理领域专家指出，这一成果标志着量子模拟从“被动观测”迈向“主动调控”的关键转折，未来或可推广至更大规模量子系统，甚至与量子纠错、量子机器学习等技术结合，推动通用量子计算机的实用化进程。
据悉，研究团队正计划升级“庄子2.0”芯片的比特数与操控精度，并探索其在量子优化、量子神经网络等领域的应用。随着量子计算技术的持续突破，人类对复杂量子系统的理解与掌控能力，或将迎来新一轮飞跃。
