就像為一段混亂的進程找到慢放鍵，中國科學家在量子世界實現了一項關鍵控制。中國科學院物理研究所與北京大學的聯合科研團隊在國際上首次利用超導量子芯片，實驗觀測並人工調控量子多體系統走向混沌前的關鍵中間狀態——“預熱化”平台。這一發現為理解並控制復雜的量子動力學過程打開了新窗口，相關成果日前在線發表於國際學術期刊《自然》。

在量子世界中，系統在外部驅動下通常會逐步丟失初始信息，最終達到混亂的熱平衡狀態，該過程被稱為“熱化”。然而，實驗揭示，在完全熱化之前，系統會經歷一個反直覺的、相對穩定的“預熱化”平台期。這類似於給冰加熱——在冰完全融化成水之前，溫度會長時間穩定在0攝氏度。在預熱化階段，量子系統雖受驅動，但信息擴散被抑制，有序性得以短暫保持。

研究團隊在集成78個量子比特的超導量子處理器“庄子2.0”上完成這項實驗。他們採用一種名為“隨機多極驅動”的特殊序列對系統進行精確操控。該驅動方式基於非周期的數學序列，通過調節序列的階數與周期，研究人員如同掌握不同的“加熱節奏”，成功實現對預熱化平台持續時間的主動調控。當平台期結束后，系統內部糾纏度急劇增長，迅速進入高度復雜的狀態。

這項研究的突破性意義在於，它展現了量子模擬器解決經典計算機無力問題的獨特優勢。“對於一個近百比特的量子系統，其狀態空間極其龐大，用經典計算機進行全態模擬已不現實﹔而量子處理器作為天然的量子系統，能夠直接‘演化’並揭示這類復雜動力學規律，類似於‘風洞’模擬飛行器和氣流一樣。實際上，我們文章中也比較了超導量子模擬器與先進的張量網絡經典算法的結果，表明量子模擬器的結果超越經典算法的能力范圍。”研究人員范桁說。

“預熱化平台的存在表明，量子信息在走向消散前，存在一個可能被利用的時間窗口。”范桁解釋，理解並延長這一階段，對於在噪聲環境中保護量子信息的完整性、提升量子計算機的可靠性與實用性具有重要價值。

該成果不僅是對復雜量子動力學基礎認知的重要推進，也為量子調控技術提供了新思路。范桁表示，未來將致力於研制規模更大、性能更高的量子芯片，探索更豐富的多體物理現象，目標是實現“可驗証的實用化量子優勢”，推動量子計算從原理演示走向實際應用。

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