只有“MOSS”算得清：科學家掌握量子系統的熱化節奏

在科幻電影《流浪地球2》中，依賴量子計算的超級智能體“MOSS”，能夠預測和掌控人類難以理解的復雜系統。這也正是現實量子世界面臨的難題：當量子系統被外部力量不斷推動時，它的“熱化”——吸收能量和丟失信息的過程——并不總是單調進行，而可能在完全混亂前停留在一個短暫卻穩定的階段。此反直覺的“預熱化”會持續多久、何時加快或減慢，又受到哪些因素影響，早已超出經典計算機的預測能力。

據介紹，給量子系統“加熱”好似給一塊冰升溫：一開始溫度上升很快，隨后進入冰和水共存的階段。此時即便繼續加熱，溫度依舊長時間卡在0攝氏度不再上升，因為能量被用來“融冰”而不是升溫。量子系統中也出現了類似情形——外界不斷輸入能量，但系統并沒有立刻變得混亂，而是停留在一個相對穩定的“預熱化平臺”。通過改變加熱的方式和節奏，科學家可以調節平臺的持續時間。只有當這個階段結束后，系統才會像冰完全融化后那樣，內部狀態迅速變得復雜。此時信息在整個系統中擴散，其復雜程度經典計算機已經無法算準。

中國科學院物理研究所科研團隊與北京大學合作者在一塊包含78個量子比特的超導芯片“莊子2.0”上進行了實驗，不僅發現了預熱化平臺和可控規律，還展示了量子芯片在模擬復雜系統上的獨特優勢。就像科幻里的“MOSS”能預測復雜演化一樣，現實中的量子計算機也能掌握那些經典計算機算不清的節奏。通過這樣的研究，人類離理解和控制高度復雜的量子世界，又更近了一步。

相關結果在線發表于2026年1月28日的《自然》雜志。中國科學院物理研究所范桁研究員、許凱副研究員、相忠誠副主任工程師，北京大學趙宏政助理教授為本文通訊作者。中國科學院物理研究所為論文第一單位。本次研究的實驗方案屬于國際首次在量子模擬器上實現超越周期（準周期）的隨機驅動的可調預熱化的系統性研究，為人工驅動調控量子系統拓寬了新的研究方向，可以與時間晶體，多體局域化等熱點問題相結合。文章還系統分析了當前主流的幾種數值方法的結果，為數值進行大規模量子模擬也提供了新的技術思路，有助于量子-經典在競爭中互相促進與發展。