“庄子2.0”的量子系统在受到干扰后也会回归平衡

中国研究人员利用78比特处理器延缓量子混沌,成功给信息丢失的过程踩下了刹车。他们把这一突破归功于名为"庄子2.0"的78比特超导处理器,这不仅直接观测到了预热化这种短暂却关键的过渡状态,还给调控量子退相干、进而更好地控制量子环境开辟了道路。预热化就像冰融化成水时的那个温度保持在0摄氏度的稳定平台期,量子系统在这段时间里会努力抵抗混沌、保护信息。这次研究表明,在退相干全面爆发前存在一个可利用的时间窗口。 中国科学院物理研究所的科学家们一直面临着用经典计算机模拟大规模量子系统的难题,因为状态空间实在是太大了。参与这项工作的范桁教授解释说,虽然经典计算机对拥有近100个比特的量子系统进行全状态模拟几乎不可能,但"庄子"这类天然量子处理器却能直接演化并揭示复杂的动力学规律。 就像静止的钟摆被推动后会回到静止状态一样,量子系统在受到干扰后也会回归平衡。系统中存储的能量或信息会均匀扩散并最终分布开来,这个被称为退相干的过程在量子计算中是个重大挑战,会导致比特丢失信息并妨碍结果的保存和检索。为了理解这种现象背后的作用机制,研究人员决定用"庄子"来进行实验。 他们把这个平台期比喻成战斗机研究中的风洞。在"庄子2.0"上,研究人员清楚地看到混沌在这段时间里受到了抑制。尽管这个阶段很短暂且可控,但通过定制的控制序列调整模式和时序,就像调节热量一样能延长预热化的持续时间。理解这种热化过程将有助于设计可控的操作并延长态寿命。 这项工作不仅展示了量子计算机解决经典难题的潜力,还有助于设计更好的纠错方案以延长比特的相干时间。