在量子计算领域，一项突破性研究正引发广泛关注。中国科学院物理研究所与北京大学的联合团队，通过自主研发的78量子比特超导芯片“庄子2.0”，首次在实验中观测到量子系统特有的“预热化”现象，并实现了对该过程的主动调控。这项成果登上国际权威学术期刊《自然》，标志着人类向理解复杂量子系统迈出关键一步。
量子热化是量子系统演化的核心特征之一。当量子系统与外界环境相互作用时，其能量与信息会逐渐扩散，最终达到类似热平衡的稳定状态。这个过程类似于墨水在清水中自然扩散，初始的清晰边界会随着时间推移逐渐模糊直至消失。在量子计算机中，热化速度直接影响量子比特的相干时间，进而决定计算结果的可靠性。
研究团队在实验中发现了令人意外的现象：量子系统在完全热化之前，会经历一个相对稳定的中间阶段。这个被命名为“预热化平台”的阶段，如同冰块在0℃时的相变过程——虽然持续吸收热量，但温度保持不变，微观结构仍保留部分初始特征。实验数据显示，通过精确调控驱动脉冲的频率与强度，量子系统在预热化阶段的停留时间可被延长或缩短，最高可达数个数量级的差异。
“这颠覆了传统认知。”项目核心成员许凯副研究员解释道，“按照经典物理的直觉，外界驱动越强，系统应该越快达到平衡状态。但我们的实验证明，量子系统存在独特的调控机制，通过设计特定的驱动协议，反而能让系统保持有序状态更长时间。”这种反直觉的发现，为量子信息处理开辟了新的可能性。
在“庄子2.0”芯片上，研究人员构建了包含78个超导量子比特的二维晶格结构。通过精确控制每个量子比特的微波驱动信号，团队成功观测到预热化平台的形成与演化过程。实验数据显示，当采用特定调制方案时，量子系统的信息保留时间可提升300%以上，同时热化速率呈现明显的非线性特征。这些发现为开发抗干扰量子存储器提供了理论依据。
该研究的技术突破具有双重价值。在基础科学层面，预热化现象的发现为理解量子多体系统的非平衡动力学提供了新范式，相关理论可延伸至时间晶体、多体局域化等前沿领域。在应用技术层面，通过延长预热化平台期，量子计算机有望在更长时间内维持计算所需的量子态，这对实现容错量子计算具有重要意义。
目前，研究团队正在开发新一代超导量子芯片，计划将量子比特数量提升至500个以上。通过优化芯片架构与驱动协议，他们期望在更复杂的量子系统中验证预热化调控的普适性，为最终实现可验证的量子计算优势奠定基础。这项持续推进的研究，正在将科幻作品中描绘的量子智能场景，逐步转化为现实可行的技术方案。
