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駕馭脆弱的量子系統(tǒng)，如同在風(fēng)暴中維持燭火不滅。現(xiàn)實(shí)中，用于操控量子比特的外界驅(qū)動(dòng)，往往像不斷添柴，使其迅速“升溫?zé)峄保罱K喪失所有奇特的量子特性——這已成為量子計(jì)算與模擬走向?qū)嵱玫暮诵钠款i。北京大學(xué)物理學(xué)院趙宏政研究員課題組、中國(guó)科學(xué)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(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)的“內(nèi)部節(jié)奏”，他們成功為量子系統(tǒng)打造出一個(gè)“能量緩沖帶”，顯著延緩了其失控進(jìn)程。該成果日前發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
如何讓被持續(xù)驅(qū)動(dòng)的量子系統(tǒng)保持穩(wěn)定，是物理與量子科技領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。研究團(tuán)隊(duì)聚焦于“預(yù)熱化”這一奇妙現(xiàn)象，即系統(tǒng)在最終失控前，能進(jìn)入一個(gè)行為相對(duì)穩(wěn)定的中間狀態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)提出了一種名為“隨機(jī)多極驅(qū)動(dòng)”的全新方案，其核心在于主動(dòng)“設(shè)計(jì)”驅(qū)動(dòng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)，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(shí)驗(yàn)在一臺(tái)名為“莊子二號(hào)”、包含78個(gè)量子比特的超導(dǎo)量子處理器上展開。研究團(tuán)隊(duì)讓系統(tǒng)從有序狀態(tài)出發(fā)，在精心設(shè)計(jì)的隨機(jī)驅(qū)動(dòng)下開始演化。結(jié)果令人振奮：系統(tǒng)在經(jīng)歷上千個(gè)驅(qū)動(dòng)周期后，并未迅速“過熱”，反而展現(xiàn)出一個(gè)持久的“預(yù)熱化”平臺(tái)，其行為保持穩(wěn)定，且穩(wěn)定時(shí)間符合理論預(yù)言的普適標(biāo)度律。這證明該現(xiàn)象并非特例，而是一種可調(diào)控的物理規(guī)律。
“研究還捕捉到量子系統(tǒng)內(nèi)部‘糾纏熵’的快速增長(zhǎng)。這種糾纏的快速?gòu)?fù)雜化，正是經(jīng)典計(jì)算機(jī)難以模擬此類過程的原因，也反過來(lái)凸顯了量子模擬器在探索前沿物理中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)?！壁w宏政說：“它表明，通過深入物理機(jī)制的精巧設(shè)計(jì)，完全有可能在不可避免的實(shí)驗(yàn)噪聲與驅(qū)動(dòng)干擾中，為脆弱的量子態(tài)開辟出一個(gè)足夠長(zhǎng)的‘黃金穩(wěn)定時(shí)間窗口’。這項(xiàng)研究不僅深化了對(duì)非平衡量子物理的理解，更為未來(lái)實(shí)現(xiàn)更可靠、更強(qiáng)大且可擴(kuò)展的量子計(jì)算與量子模擬技術(shù)，奠定了至關(guān)重要的科學(xué)基礎(chǔ)，標(biāo)志著我們?cè)诜€(wěn)住量子脈動(dòng)、奔赴實(shí)用化量子時(shí)代的征程中，邁出了堅(jiān)實(shí)而有關(guān)鍵意義的一步?！保ㄓ浾邥x浩天）
責(zé)任編輯：李俊博
