北京
科幻電影《流浪地球2》中，能洞悉一切復雜演化的超級智能體“MOSS”令人驚嘆。如今，真實量子世界初現實現這一能力的曙光。記者29日從中國科學院物理研究所獲悉，來自該所等單位的科研人員，在一塊包含78個量子比特的超導芯片“莊子2.0”上，發現并主動調控了量子系統走向混亂前的關鍵“緩沖期”——預熱化，為未來實現更穩定、更可控的量子計算與模擬奠定了關鍵基礎。相關研究成果在線發表于《自然》雜志。
RMD驅動及“莊子2.0”超導量子芯片預熱化示意圖
量子系統的熱化，是指系統在演化中逐漸達到一種平衡態，能量與信息會自然擴散并趨于均勻，就像一滴墨水滴入清水，墨跡緩緩散開，直至整杯水顏色一致，而最初的信息也在這個過程中消散。這對需要長時間保持信息不丟失的量子計算而言，是一大障礙。而量子系統的預熱化是熱化過程中的一個中間階段，系統雖然受到外場驅動，但不會立即進入完全混亂狀態，而是停留在一個短暫的、相對穩定的平臺，猶如冰在0攝氏度時持續吸熱卻暫不升溫。這個階段能持續多久、何時加快或減慢，過去一直是理論猜想，其復雜程度經典計算機已經無法算準。
在這項研究中，科研人員創新性地采用了一種名為“隨機多極驅動”的方法來“搖晃”量子系統。“通過精心設計具有非周期性和自相似特征的驅動序列，并調節其復雜度和節奏，我們像指揮家一樣，成功延長或縮短了預熱化的持續時間。”論文共同通訊作者、中國科學院物理研究所研究員范桁說，“在‘莊子2.0’芯片上，我們清晰觀測到，在平臺期內，系統的混亂度增長被顯著抑制；而一旦跨過平臺，系統復雜度便會急劇上升，信息迅速擴散至整個系統。”
莊子2.0芯片
范桁表示，這項研究不僅首次在量子模擬器上實現了對超越周期驅動的預熱化過程的主動調控，也為未來設計更優的量子糾錯方案、延長量子比特的相干時間提供了新思路。它驗證了量子模擬器在解決特定復雜問題上的獨特優勢，推動了量子計算與經典計算在競爭中相互促進。
來源: 科技日報
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