含時(shí)驅(qū)動(dòng)可以產(chǎn)生許多無驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中沒有的、新奇的非平衡物理現(xiàn)象、如離散時(shí)間晶體物相、弗洛凱拓?fù)湮锵嗟?。但是由?strong>連續(xù)時(shí)間平移對(duì)稱性的破缺，驅(qū)動(dòng)通常會(huì)使得系統(tǒng)熱化到無窮高溫態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)變得混沌不可測(cè)。研究含時(shí)驅(qū)動(dòng)的熱化規(guī)律將對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)狀態(tài)起到重要作用。對(duì)于周期或準(zhǔn)周期驅(qū)動(dòng)，人們通常通過高頻驅(qū)動(dòng)來抑制熱化，而對(duì)于更一般的隨機(jī)驅(qū)動(dòng)，其熱化規(guī)律的研究則較少。

近期，來自中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心Q03、G01組的超導(dǎo)量子計(jì)算與模擬團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)物理學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所、帝國(guó)理工學(xué)院、慕尼黑工業(yè)大學(xué)、馬普所等高校和科研機(jī)構(gòu)合作開展了一項(xiàng)隨機(jī)多極驅(qū)動(dòng)（Random Multipolar Driving, RMD）下的預(yù)熱化(prethermalization)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院物理研究所最新開發(fā)的二維布局6*13方格陣列的超導(dǎo)量子芯片“莊子（Chuang-tzu）2.0”上完成，芯片含78個(gè)量子比特，137個(gè)可調(diào)耦合器。

實(shí)驗(yàn)的初態(tài)設(shè)置為密度波的交替半滿狀態(tài)，奇偶行設(shè)置低高交錯(cuò)的勢(shì)能差，并給偶數(shù)行加上由兩個(gè)參數(shù)驅(qū)動(dòng)極數(shù)n,驅(qū)動(dòng)單元時(shí)長(zhǎng)T所描述的RMD驅(qū)動(dòng)，使其進(jìn)行時(shí)間演化。最后對(duì)末態(tài)進(jìn)行量子態(tài)層析以及粒子數(shù)測(cè)量。芯片圖及驅(qū)動(dòng)協(xié)議見圖.。實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)論有三點(diǎn)：(1)首次清楚觀測(cè)了到達(dá)完全熱化狀態(tài)前的亞穩(wěn)態(tài)預(yù)熱化平臺(tái)。這一平臺(tái)的馮諾依曼熵、粒子數(shù)非平衡度（imbalance）保持不變。實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了1000個(gè)驅(qū)動(dòng)周期達(dá)到最大熵Page Value的熱化動(dòng)力學(xué)的完整過程。（2）在超導(dǎo)量子系統(tǒng)的特征時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了高頻驅(qū)動(dòng)(T短至3ns)，在不同系統(tǒng)尺寸下都觀測(cè)到了可調(diào)節(jié)的預(yù)熱化壽命τ，τ?∝?(1/T)2n+1，(n=0,1,2)，滿足冪律關(guān)系。(3)對(duì)于不同的子系統(tǒng)，觀測(cè)到熵預(yù)熱化平臺(tái)的非均勻性以及面積律到體積律的轉(zhuǎn)變。由于預(yù)熱化的強(qiáng)體積律，張量網(wǎng)絡(luò)數(shù)值算法，如二維的投影糾纏對(duì)態(tài)PEPS，分組矩陣直積態(tài)（GMPS）的結(jié)果相比于實(shí)驗(yàn)，在長(zhǎng)時(shí)演化時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的反常，文章也分析了其他常用的數(shù)值方法。另外實(shí)驗(yàn)顯示，對(duì)于最大78比特1000個(gè)驅(qū)動(dòng)周期后，系統(tǒng)依然有90%以上的比特保真度。

圖：芯片圖以及RMD協(xié)議

總結(jié)起來，實(shí)驗(yàn)觀察到了預(yù)熱化平臺(tái)、雙參數(shù)可調(diào)的預(yù)熱化壽命、非均勻預(yù)熱化及面積律到體積律的轉(zhuǎn)變。特別是對(duì)于78比特快速熱化情況，當(dāng)前的數(shù)值方法已無法有效、正確地模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯示了超導(dǎo)量子模擬的量子優(yōu)勢(shì)。物理所劉政和，劉宇，梁珪涵，鄧承林為共同一作，相忠誠(chéng)，許凱，趙宏政（北京大學(xué)），范桁為共同通訊作者，合作團(tuán)隊(duì)包括物理所、理論所、北京大學(xué)、北京量子信息科學(xué)研究院、華南理工、以及英、德等科研人員。工作得到自然科學(xué)基金，合肥國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、北京市自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院等項(xiàng)目的支持。實(shí)驗(yàn)成功觀測(cè)到預(yù)熱化平臺(tái)，相關(guān)結(jié)果已在線發(fā)表于《自然》。

在科幻電影《流浪地球2》中，超級(jí)智能體“MOSS”依賴量子計(jì)算機(jī)。那么，量子計(jì)算機(jī)什么時(shí)間走進(jìn)人類的平常生活呢？預(yù)測(cè)當(dāng)然是困難的，比如：IBM公司董事長(zhǎng)沃森在1943年預(yù)測(cè)，“全世界對(duì)計(jì)算機(jī)的需求量總共可能只有5臺(tái)”；比爾蓋茨在1981年說，“沒有誰的電腦需要超過637KB的內(nèi)存。640KB對(duì)任何人來說都應(yīng)該足夠了”。我們預(yù)計(jì)量子計(jì)算會(huì)在今后的5到10年形成量子實(shí)用（quantum utility），但開始是被用來解決科學(xué)問題，可稱為具有科學(xué)價(jià)值的專用量子計(jì)算模擬機(jī)，或者量子模擬機(jī)，“莊子2.0”即是沿著此條道路。在解決量子糾錯(cuò)和可擴(kuò)展難題后，人們就可以建成通用量子計(jì)算原型機(jī)，其應(yīng)用逐漸從科研領(lǐng)域走向大眾生活。同時(shí)，量子計(jì)算機(jī)不會(huì)替代現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，而是融入到現(xiàn)有的計(jì)算和信息系統(tǒng)，成為生活必不可少的一部分，而普通大眾預(yù)計(jì)不會(huì)感知量子計(jì)算機(jī)的存在，只是感覺到更先進(jìn)的算力和更便利的生活。

編輯：東君