在科幻电影《流浪地球2》中，超级智能体“MOSS”凭借量子计算能力，精准预测并掌控复杂系统的演化规律。如今，中国科学家团队让这一科幻场景照进现实，在量子系统热化调控领域取得重要突破。相关研究成果于2026年1月28日在线发表于国际期刊《自然》。

图1：RMD驱动及“庄子2.0”超导量子芯片预热化示意图，不同的驱动模式能够控制预热化的快慢

  给一块冰持续加热，它会先升温至0摄氏度，随后进入冰水共存的稳定阶段。此时即便继续加热，温度也不会上升，能量都被用来融化冰块。量子系统的演化过程，竟与这个生活现象有着奇妙的相似之处。量子系统的热化指的是一个量子多体系统在演化过程中，能量和信息逐渐均匀分布，最终达到类似热平衡的状态。换句话说，系统会丢失初始信息，表现得像随机热态。热化研究对量子计算非常关键，因为过快的热化意味着量子信息无法保持，系统相干性丧失，量子计算结果难以可靠保存和读取。因此，理解热化规律有助于设计可控量子操作、延长量子态寿命，直接影响量子计算的实用性。

  当量子系统被外部力量持续驱动时，并不会立刻陷入完全混乱的状态，而是会先进入一个短暂却稳定的“预热化平台”。这个阶段里，系统能量不断增加，但内部状态却保持相对稳定，初始信息也得以保留。

  这一“反直觉”的现象，曾超出经典计算机的预测能力。因为量子多体系统的希尔伯特空间会随比特数呈指数级增长，哪怕是接近百比特的系统，经典计算机也难以在合理时间和精度内，完整描述其纠缠增长和信息扩散的过程。

  为了破解这一难题，中国科学院物理研究所科研团队与北京大学合作者携手，在78个量子比特的超导芯片“庄子2.0”上开展实验。他们采用了一种名为“随机多极驱动（RMD）”的特殊外场驱动方式。

这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的78比特超导量子计算芯片Chuang-tzu 2.0（庄子二号）芯片

  这种驱动方式的基本单元基于Thue-Morse序列，具有非周期性和自相似的特性。研究团队通过调节序列的阶数和驱动周期，成功实现了对预热化平台持续时间的精准控制。

这是1月21日在中国科学院物理研究所实验室拍摄的在显微镜下观察小尺寸芯片

  当“预热化平台”阶段结束后，量子系统才会像冰完全融化后那样，内部状态迅速变得复杂，信息开始在整个系统中扩散。

  值得注意的是，“庄子2.0”并非目前全球比特数最高的量子芯片。此次实验的成功，是方案设计创新、特色测控技术、芯片规模和性能共同作用的结果。这也印证了，重大科研成果的取得，并非单纯依赖比特数的堆砌，而是需要全流程系统性的研究，以及实验、数值、理论的协同攻坚。

  此次研究的意义不止于此。它是国际首次在量子模拟器上，实现超越周期（准周期）的随机驱动的可调预热化的系统性研究。这一成果为人工驱动调控量子系统拓宽了新方向，能够与时间晶体、多体局域化等热点量子问题相结合。

  同时，研究团队还系统分析了当前主流的几种数值方法结果，为大规模量子模拟的数值计算提供了新技术思路，助力量子计算与经典计算在竞争中相互促进、共同发展。

  据介绍，未来，科研团队计划研制百比特以上的更大规模超导量子芯片，实现多种比特耦合架构和高精度操控技术，探索更复杂的多体问题，力争展现“可验证的实用化量子优势”。随着量子芯片比特数的不断增加，更大规模、联机的量子计算实验也将逐步从设想变为现实。我们离理解和控制高度复杂的量子世界，又近了一步。（光明网记者宋雅娟）