中国科学院物理研究所近日宣布，该所科研团队与合作者通过实验成功掌握了量子系统的热化节奏，理解和控制复杂量子世界上取得突破性进展。该成果已于1月28日国际学术期刊《自然》发表，代表了我国量子科学研究的最新水平。 量子系统的热化过程是一个基础而复杂的物理问题。当外部能量不断输入量子系统时，系统会逐步吸收能量并丧失信息，最终演变为完全混乱的状态。然而，这一过程并非简单的线性演进。科研人员发现，量子系统在完全热化之前，会在一个相对稳定的阶段停留，这个阶段被称为"预热化平台"。在此期间，尽管外界持续输入能量，系统的内部状态仍保持相对有序，并未立即陷入混乱。这一反直觉的现象超越了经典物理的直观认识，也远超经典计算机的预测能力。 为了深入理解这一现象，科研团队采用了形象的物理类比。当给一块冰加热时，温度初期上升迅速，但进入冰水共存阶段后，温度会长时间停留在零摄氏度，因为输入的热量被用于融冰而非升温。量子系统中存在类似的机制——外界输入的能量并未直接导致系统混乱，而是被用于维持系统在预热化平台上的相对稳定状态。这种能量转化的微妙过程正是科研团队重点研究的对象。 科研团队的关键发现在于揭示了预热化平台的可控规律。通过改变加热方式和节奏，科学家可以精确调节平台的持续时间，进而控制量子系统从有序向混乱的转变过程。这意味着人类不再是被动地观察量子系统的演化，而是可以主动干预和调控其演化节奏。这种从被动观察到主动控制的转变，对于量子信息处理和量子计算意义重大。 为了验证这些理论预测，科研团队在一块包含78个量子比特的超导芯片"庄子2.0"上进行了精密实验。该芯片代表了当前超导量子计算技术的先进水平。实验结果不仅证实了预热化平台的存在和可控性，还充分展示了量子芯片在模拟复杂系统上的独特优势。相比之下，经典计算机在处理如此复杂的量子系统演化时，计算量呈指数级增长，最终陷入无法计算的困境。而量子芯片则能够直接模拟这些过程，体现出量子计算的本质优越性。 这项研究的意义远不止于基础科学领域。掌握量子系统的热化规律，对于开发更高效的量子算法、设计更稳定的量子计算机具有指导作用。在量子信息处理、量子模拟、量子优化等应用领域，对热化过程的理解和控制都将产生深远影响。此外，这一成果也为探索量子系统中的其他复杂现象奠定了基础，有助于推动量子物理学向更深层次发展。 从国际竞争的角度看，量子计算已成为全球科技竞争的重要战场。美国、欧盟等发达国家和地区都在大力投入量子技术研发。我国在这一领域的突破性进展，表明中国科学家在量子信息科学基础理论和实验技术上已达到国际先进水平，为我国量子产业的发展提供了有力支撑。
这项里程碑式的研究不仅深化了人类对微观世界的理解，更展示了我国在量子科技领域的创新能力。正如中科院院士所言，基础研究的突破往往预示着技术革命的到来。随着对量子规律认识的深入——更多原创性成果有望涌现——为抢占未来科技制高点奠定基础。这也再次证明，持续的科研投入终将在科技自立自强的道路上结出硕果。