量子系统的热化过程一直是理论物理学关注的核心问题之一；当量子系统持续从外界获得能量时，其内部状态会随时间演化，最终走向热平衡。看似直观的过程背后，包含了比经典系统更复杂的物理机制。传统观点认为，量子系统的热化应当是连续且单调推进的。但最新研究表明，实际演化路径并不简单：外界不断注入能量的情况下，系统不会立刻进入完全无序的热态，而是在达到最终热平衡之前，会停留在一个相对稳定的中间阶段。研究将其称为“预热化平台”。此阶段与冰水混合物加热时温度在一段时间内保持不变的现象相似——输入能量优先用于重排系统的内部结构，而不是直接增加无序程度。 这一发现的重要之处在于可控性。研究团队通过调整外部驱动的方式与节奏，实现了对预热化平台持续时间的精确调节。也就是说，研究者不仅能观测量子系统如何热化，还能主动改变其演化进程。这种调控能力对量子计算、量子模拟等方向优势在于直接意义。 中国科学院物理研究所与北京大学的合作团队在自主研发的78量子比特超导芯片“庄子2.0”上开展了系统实验。该芯片采用超导量子比特方案，具备较好的相干性和可控性，为精确观测并调节量子热化过程提供了实验平台。实验结果验证了对应的理论预言，同时也反映了量子芯片在模拟复杂系统上——一些经典计算机上需要指数级时间处理的演化过程，在量子系统中可在多项式时间尺度内完成。 从更深一层看，这项研究关联到量子信息论的关键问题：在热化过程中，信息由局域向全局扩散，最终变得难以追踪。经典计算机在追踪这类信息扩散时会遭遇指数级计算开销，而量子计算机能够以物理过程本身来“自然模拟”这种扩散，这也是量子计算相对经典计算的重要优势之一。 该成果具备多上应用前景。在基础研究层面，它有助于加深对量子多体系统的认识，推进量子统计力学的发展。在应用层面，理解并掌握量子热化的可控规律，可为量子算法设计与量子模拟器性能优化提供参考。同时，这项工作也为研究量子系统的非平衡态物理提供了新的实验手段与分析框架。 当前，全球量子计算研究正从原理验证逐步迈向实用化。此次进展显示，自主研发的量子芯片已具备开展复杂科学计算与模拟实验的能力。“庄子2.0”在相关实验中的表现，也体现出我国在量子计算硬件与方法两个层面的持续推进。
从“热化必然一往无前”的直觉，到“平台阶段可被捕捉并可调控”的实验证据，有关工作提示人们：量子世界的复杂并非不可捉摸，它有自身的节奏与边界。把握这些节奏，不仅意味着对基本规律的更深理解，也为未来在更大尺度上实现复杂量子演化的可控运行奠定基础。