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駕馭脆弱的量子系統(tǒng)，如同在風暴中維持燭火不滅。現(xiàn)實中，用于操控量子比特的外界驅動，往往像不斷添柴，使其迅速“升溫熱化”，最終喪失所有奇特的量子特性——這已成為量子計算與模擬走向實用的核心瓶頸。北京大學物理學院趙宏政研究員課題組、中國科學院物理研究所范桁研究員等合作者的最新研究，為此難題提供了巧妙解法：通過設計驅動場的“內部節(jié)奏”，他們成功為量子系統(tǒng)打造出一個“能量緩沖帶”，顯著延緩了其失控進程。該成果日前發(fā)表于國際學術期刊《自然》。
如何讓被持續(xù)驅動的量子系統(tǒng)保持穩(wěn)定，是物理與量子科技領域的重大挑戰(zhàn)。研究團隊聚焦于“預熱化”這一奇妙現(xiàn)象，即系統(tǒng)在最終失控前，能進入一個行為相對穩(wěn)定的中間狀態(tài)。研究團隊提出了一種名為“隨機多極驅動”的全新方案，其核心在于主動“設計”驅動的時間結構，通過抑制易引發(fā)系統(tǒng)“共振吸熱”的低頻部分，從源頭減緩其能量積累。這好比為喧囂的聲響譜出有序的樂章。
趙宏政介紹，實驗在一臺名為“莊子二號”、包含78個量子比特的超導量子處理器上展開。研究團隊讓系統(tǒng)從有序狀態(tài)出發(fā)，在精心設計的隨機驅動下開始演化。結果令人振奮：系統(tǒng)在經歷上千個驅動周期后，并未迅速“過熱”，反而展現(xiàn)出一個持久的“預熱化”平臺，其行為保持穩(wěn)定，且穩(wěn)定時間符合理論預言的普適標度律。這證明該現(xiàn)象并非特例，而是一種可調控的物理規(guī)律。
“研究還捕捉到量子系統(tǒng)內部‘糾纏熵’的快速增長。這種糾纏的快速復雜化，正是經典計算機難以模擬此類過程的原因，也反過來凸顯了量子模擬器在探索前沿物理中的獨特優(yōu)勢?！壁w宏政說：“它表明，通過深入物理機制的精巧設計，完全有可能在不可避免的實驗噪聲與驅動干擾中，為脆弱的量子態(tài)開辟出一個足夠長的‘黃金穩(wěn)定時間窗口’。這項研究不僅深化了對非平衡量子物理的理解，更為未來實現(xiàn)更可靠、更強大且可擴展的量子計算與量子模擬技術，奠定了至關重要的科學基礎，標志著我們在穩(wěn)住量子脈動、奔赴實用化量子時代的征程中，邁出了堅實而有關鍵意義的一步?！保ㄓ浾邥x浩天）
責任編輯：李俊博
