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科幻電影《流浪地球2》中，能洞悉一切復(fù)雜演化的超級智能體“MOSS”令人驚嘆。如今，真實(shí)量子世界初現(xiàn)實(shí)現(xiàn)這一能力的曙光。記者29日從中國科學(xué)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(gè)量子比特的超導(dǎo)芯片“莊子2.0”上，發(fā)現(xiàn)并主動(dòng)調(diào)控了量子系統(tǒng)走向混亂前的關(guān)鍵“緩沖期”——預(yù)熱化，為未來實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定、更可控的量子計(jì)算與模擬奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然》雜志。
量子系統(tǒng)的熱化，是指系統(tǒng)在演化中逐漸達(dá)到一種平衡態(tài)，能量與信息會自然擴(kuò)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(gè)過程中消散。這對需要長時(shí)間保持信息不丟失的量子計(jì)算而言，是一大障礙。量子系統(tǒng)的預(yù)熱化是熱化過程中的一個(gè)中間階段，系統(tǒng)雖然受到外場驅(qū)動(dòng)，但不會立即進(jìn)入完全混亂狀態(tài)，而是停留在一個(gè)短暫的、相對穩(wěn)定的平臺，猶如冰在0攝氏度時(shí)持續(xù)吸熱卻暫不升溫。這個(gè)階段能持續(xù)多久、何時(shí)加快或減慢，過去一直是理論猜想，其復(fù)雜程度經(jīng)典計(jì)算機(jī)已經(jīng)無法算準(zhǔn)。
在這項(xiàng)研究中，科研人員創(chuàng)新性地采用了一種名為“隨機(jī)多極驅(qū)動(dòng)”的方法來“搖晃”量子系統(tǒng)。“通過精心設(shè)計(jì)具有非周期性和自相似特征的驅(qū)動(dòng)序列，并調(diào)節(jié)其復(fù)雜度和節(jié)奏，我們像指揮家一樣，成功延長或縮短了預(yù)熱化的持續(xù)時(shí)間?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡?、中國科學(xué)院物理所研究員范桁說，“在‘莊子2.0’芯片上，我們清晰觀測到，在平臺期內(nèi)，系統(tǒng)的混亂度增長被顯著抑制；而一旦跨過平臺，系統(tǒng)復(fù)雜度便會急劇上升，信息迅速擴(kuò)散至整個(gè)系統(tǒng)?！?/p>
范桁表示，這項(xiàng)研究不僅首次在量子模擬器上實(shí)現(xiàn)了對超越周期驅(qū)動(dòng)的預(yù)熱化過程的主動(dòng)調(diào)控，也為未來設(shè)計(jì)更優(yōu)的量子糾錯(cuò)方案、延長量子比特的相干時(shí)間提供了新思路。它驗(yàn)證了量子模擬器在解決特定復(fù)雜問題上的獨(dú)特優(yōu)勢，推動(dòng)了量子計(jì)算與經(jīng)典計(jì)算在競爭中相互促進(jìn)。（科技日報(bào) 記者陸成寬）
