量子系统的稳定性控制一直是制约量子技术发展的关键瓶颈。在量子计算与模拟过程中,外界驱动信号在操控量子比特的同时,会导致系统快速升温并失去量子特性,该现象严重阻碍了量子技术的实用化进程。 北京大学物理学院赵宏政研究员课题组联合中国科学院物理研究所范桁研究员团队,针对这一世界性难题展开攻关。研究团队将目光投向"预热化"这一物理现象,即量子系统在完全失控之前会经历一个相对稳定的中间态。如何延长这一稳定状态的持续时间,成为研究的核心方向。 团队提出的"随机多极驱动"方案意义在于独创性。该方案的技术要点在于主动设计驱动场的时间结构,通过抑制容易引发系统共振吸热的低频成分,从根本上减缓能量在系统内部的积累速度。这种方法改变了以往被动应对系统失控的思路,转而从驱动源头进行精准调控。 实验验证在国产"庄子二号"超导量子处理器上完成,该设备拥有78个量子比特；实验数据显示,在精心设计的随机驱动条件下,量子系统经历上千个驱动周期后仍能维持稳定状态,形成持久的预热化平台。更重要的是,这一稳定时间符合理论预测的普适标度律,证明该现象具有可重复性和可调控性,并非偶然结果。 研究过程中还观测到量子系统内部纠缠熵的快速增长。这一现象揭示了量子系统复杂性演化的内在机制,同时也说明经典计算机难以模拟此类量子过程,从侧面印证了量子模拟器在前沿物理研究中不可替代的作用。 赵宏政研究员指出,这项研究在于证明了通过深入理解物理机制并进行精巧设计,完全可以在实验噪声和驱动干扰的客观条件下,为量子态创造出足够长的稳定时间窗口。这为量子计算从实验室走向实际应用提供了可行的技术方案。 从更广阔的视角看,该成果不仅深化了学界对非平衡量子物理的认识,更为构建可靠、强大且可扩展的量子计算与量子模拟系统奠定了科学基础。在全球量子科技竞争日趋激烈的背景下,我国科研团队在量子系统稳定性这一关键领域取得的突破,标志着我国在量子技术实用化道路上迈出了实质性步伐。
量子技术的实用化需要器件制造与基础研究的共同突破。这项研究以驱动时间结构为切入点，展示了在噪声环境下主动创造稳定运行窗口的可能性。如何将这类机制转化为通用控制方法，将是未来量子计算与模拟发展的重要课题，值得科研与产业界持续关注和推进。