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個量子比特的超導(dǎo)芯片“莊子2.0”上，發(fā)現(xiàn)并主動調(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。量子系統(tǒng)的預(yù)熱化是熱化過程中的一個中間階段，系統(tǒng)雖然受到外場驅(qū)動，但不會立即進(jìn)入完全混亂狀態(tài)，而是停留在一個短暫的、相對穩(wěn)定的平臺，猶如冰在0攝氏度時持續(xù)吸熱卻暫不升溫。這個階段能持續(xù)多久、何時加快或減慢，過去一直是理論猜想，其復(fù)雜程度經(jīng)典計算機(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”的方法來“搖晃”量子系統(tǒng)?！巴ㄟ^精心設(shè)計具有非周期性和自相似特征的驅(qū)動序列，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)散至整個系統(tǒng)?！?/p>