中國研究人員利用78比特處理器延緩量子混沌，延遲信息丟失

這項研究將有助于保護量子比特中的量子信息，同時設計出更好的量子糾錯方案。

中國科學院物理研究所的科學家們首次直接觀測并控制了預熱化——量子系統中一個短暫但關鍵的過渡狀態。

這項研究使用了名為"莊子2.0"的78比特超導處理器，為科學家們調控量子退相干、從而更好地控制量子環境鋪平了道路。

就像靜止的鐘擺被推動后會回到靜止狀態一樣，量子系統受到干擾后也會回到平衡狀態。系統中存儲的任何信息或能量都會開始均勻擴散并最終分布開來。

雖然這聽起來很正常，但在量子計算中卻是一個重大挑戰。這個過程被稱為量子退相干，它會導致量子比特丟失信息，也可能阻止計算結果被保存和檢索。

量子計算機來幫忙

盡管科學家們早就知道量子退相干現象，但尚未弄清楚其作用機制。部分原因是計算量子退相干的時間尺度超出了當今經典計算機的能力范圍。

因此，物理研究所的研究人員決定使用名為"莊子"的78比特量子計算機來理解這一過程。研究團隊認為"莊子"在量子計算中的作用相當于戰斗機研究中的風洞。

"對于一個擁有近100個比特的量子系統，其狀態空間極其巨大，用經典計算機進行全狀態模擬是不現實的，"參與此項工作的物理研究所范桁教授解釋道，"作為天然量子系統，量子處理器可以直接'演化'并揭示這種復雜的動力學規律。"

預熱化

使用"莊子"進行的計算首次向研究人員展示了量子退相干過程中一個反直覺的中間階段，稱為預熱化。這一步類似于冰融化成水但溫度保持在0攝氏度時的穩定平臺期。

同樣，在預熱化期間，量子系統會抵抗混沌并保護其中存儲的信息。這為在退相干發生前保存量子信息提供了機會。

"在'莊子2.0'上，我們清楚地看到混沌在這個平臺期內受到抑制，"范桁補充道，"但一旦這個時期結束，復雜性就會爆發，信息充斥整個系統。預熱化平臺期的存在表明，在信息耗散之前存在一個可以利用量子信息的潛在時間窗口。"

研究人員還發現，這個階段雖然是短暫的，但具有高度可控性。隨后，他們使用定制的控制序列來操縱系統，成功地調整了序列的模式和時序。就像調節熱量一樣，研究人員能夠增加和減少預熱化的持續時間。

理解熱化過程將使研究人員能夠設計出可控的量子操作，并有助于延長量子態的壽命。

研究人員還希望他們的研究有助于設計更好的量子糾錯方案，延長量子比特的相干時間。此外，這項研究也展示了量子計算機如何幫助解決經典計算機無法解決的復雜問題。

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