量子计算机的“中间状态”

大家好,咱们最近在搞量子系统的时候搞出了个大动静。量子世界里的一堆粒子乱晃悠,从有规规矩矩变成了像一锅热粥一样均匀的状态,这事儿在物理学里算是个超级难啃的骨头。这种过程直接关系到能不能用好量子信息,要是搞不好就是给量子计算机脖子上套上了个大枷锁。 咱们中国科学院物理研究所和北京大学的人联手搞出来的这个成果就特别牛了。他们通过设计新实验和精确操控,发现量子系统在变成均匀状态前,还有个能让咱们动手去碰的“中间状态”,还能把这个状态的时间给精确控制住。这项研究已经发到了顶级杂志《自然》上了。 简单说,“热化”就是让系统里的能量和信息散开均匀分布,让初始的信息藏得找不着了,量子特性也就没了。对于那些要靠叠加和纠缠来算题的量子技术来说,这种变化太快或者没控制好的话,简直就是毁灭性的打击。所以为了让量子计算机好用点,得琢磨怎么拖住或者管住这个过程。 跟咱们平时想的不一样,当给系统加特定的力的时候,它不会一下子就乱套了。反倒是先进入一个比较平稳的平台期,这会儿信息还能留点。就像加热冰块的时候那样,不是一下子全化掉,中间有个冰水混在一起的阶段。 可是在由几十上百个量子比特组成的复杂系统里,抓住和操控这个短暂的平台期可太不容易了。因为系统太复杂了,状态空间像滚雪球一样越来越大,经典计算机根本算不过来。 为了拿下这个难题,研究团队用了咱们自己做的那块“庄子2.0”芯片——那里面可是装了78个量子比特的超导玩意。他们想出了个叫“随机多极驱动”的法子来搅动系统。这驱动序列长得很没规律、看着挺像分形图的那种数学东西。 通过精密地调调这个序列的参数,就像是握到了一把打开门的钥匙。他们成功地把那个平台期给延长或者缩短了,也就是把这个过程的节奏给拿捏住了。 这次突破不光是靠加比特数的多少就能搞定的。“庄子2.0”虽然不是世界上比特最多的芯片,但研究团队通过原创的物理设计、测控技术还有跟芯片深度配合,把这个研究的效果给拉满了——这就是“1+1>2”的效果。 这充分说明在这个科技高地的较量里,不光是要看硬件指标硬不硬,更关键的是要有全链条的创新能力,还有把实验、理论和模拟融在一起的本事。 这项研究的意义大得很。这是国际上第一次在超导模拟平台上用这种随机的非周期驱动去做实验来观察那个平台期现象。这给咱们人工操控量子系统的行为提供了新路子。 这项成果不光能跟“时间晶体”、“多体局域化”这些热点方向放在一起玩出新花样探索更多奇奇怪怪的物态;而且他们在比对数值模拟方法的时候还发现了很多窍门。这些经验以后做更大规模的量子系统模拟的时候都能用得上。 从冰融化这个经典现象里得到启发去琢磨量子系统里的事;再到在78个量子比特的大复杂系统里去验证控制这事儿……这一路走过来就是从看现象到懂机制、从认识到能动手控制的过程。 咱们国家科学家在量子调控上拿的这个领先成果不仅仅是多懂了点基本规律;更是直接去撞那个卡住量子实用化的大难题;这也说明咱们在量子科技这块儿已经不只是跟在别人屁股后面走了;而是能自己领着头往前走了;为以后做更稳定的信息系统打下了重要基础。 以后咱们就能更精准地抓住量子系统的“脉搏”了;人类驾驭量子技术、开拓新科技领域的蓝图也就越来越清楚了。