这项研究将有助于保护量子比特中的量子信息，同时设计出更好的量子纠错方案。

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中国科学院物理研究所的科学家们首次直接观测并控制了预热化——量子系统中一个短暂但关键的过渡状态。

这项研究使用了名为"庄子2.0"的78比特超导处理器，为科学家们调控量子退相干、从而更好地控制量子环境铺平了道路。

就像静止的钟摆被推动后会回到静止状态一样，量子系统受到干扰后也会回到平衡状态。系统中存储的任何信息或能量都会开始均匀扩散并最终分布开来。

虽然这听起来很正常，但在量子计算中却是一个重大挑战。这个过程被称为量子退相干，它会导致量子比特丢失信息，也可能阻止计算结果被保存和检索。

量子计算机来帮忙

尽管科学家们早就知道量子退相干现象，但尚未弄清楚其作用机制。部分原因是计算量子退相干的时间尺度超出了当今经典计算机的能力范围。

因此，物理研究所的研究人员决定使用名为"庄子"的78比特量子计算机来理解这一过程。研究团队认为"庄子"在量子计算中的作用相当于战斗机研究中的风洞。

"对于一个拥有近100个比特的量子系统，其状态空间极其巨大，用经典计算机进行全状态模拟是不现实的，"参与此项工作的物理研究所范桁教授解释道，"作为天然量子系统，量子处理器可以直接'演化'并揭示这种复杂的动力学规律。"

预热化

使用"庄子"进行的计算首次向研究人员展示了量子退相干过程中一个反直觉的中间阶段，称为预热化。这一步类似于冰融化成水但温度保持在0摄氏度时的稳定平台期。

同样，在预热化期间，量子系统会抵抗混沌并保护其中存储的信息。这为在退相干发生前保存量子信息提供了机会。

"在'庄子2.0'上，我们清楚地看到混沌在这个平台期内受到抑制，"范桁补充道，"但一旦这个时期结束，复杂性就会爆发，信息充斥整个系统。预热化平台期的存在表明，在信息耗散之前存在一个可以利用量子信息的潜在时间窗口。"

研究人员还发现，这个阶段虽然是短暂的，但具有高度可控性。随后，他们使用定制的控制序列来操纵系统，成功地调整了序列的模式和时序。就像调节热量一样，研究人员能够增加和减少预热化的持续时间。

理解热化过程将使研究人员能够设计出可控的量子操作，并有助于延长量子态的寿命。

研究人员还希望他们的研究有助于设计更好的量子纠错方案，延长量子比特的相干时间。此外，这项研究也展示了量子计算机如何帮助解决经典计算机无法解决的复杂问题。

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