量子计算是新一代信息技术的重要方向，但其发展绕不开一个基础难题：量子系统在外部驱动下会发生“热化”，一边吸收能量，一边丢失信息。更棘手的是，热化并非线性推进，而往往会出现一个相对稳定的中间阶段——预热化平台。在平台期内，系统的熵增会被暂时抑制，信息也能在一定时间内相对稳定。然而，平台期能持续多久、受哪些因素影响、如何人为调控其长度等关键问题，计算复杂度极高，已超出经典计算机的有效处理能力。 中国科学院物理研究所研究员范桁用一个直观的类比解释此现象：加热冰块时，温度起初上升很快，但当冰进入冰水混合阶段，温度会在0摄氏度附近维持一段时间，直到冰完全融化后才再次升温。在这段相对稳定的阶段，熵增被抑制。量子系统中的预热化与此相似，但其机制和可控性远比经典过程复杂。 为破解这一难题，研究团队依托怀柔科学城综合极端条件实验装置，自主研制超导量子芯片。第一代芯片“庄子”集成43个量子比特，成功模拟“侯世达蝴蝶”能谱。芯片名取自“庄周梦蝶”的典故，表明了科研团队对量子世界的想象与追问。在此基础上，团队升级研制“庄子2.0”，将量子比特数提升至78个，计算规模与模拟精度更提高。 “庄子2.0”的关键特点在于其模拟方式不同于传统数值计算：芯片利用量子比特的自然演化，直接对应并模拟目标量子系统的物理模型。借助这种“让系统自己演化”的方法，科研人员能够实时观察能量与信息在系统中的分布与演化，并清晰识别预热化平台期的存在。围绕平台期展开系统研究后，团队进一步提炼出影响平台期及量子信息保持能力的关键规律，为调控量子信息提供了可操作的依据。 这项研究为量子计算的关键瓶颈提供了新的解题路径。范桁表示，量子计算机必须跨越“热化”这一关，否则就像在雪地上写字，雪一融化信息就会消失。“庄子”系列芯片通过对预热化现象的模拟与规律揭示，为延长平台期、提升量子信息存储稳定性提供了理论支撑与实验手段，有助于推动更稳定、更可靠的量子计算实现。 面向未来，团队已启动新一轮升级计划，目标是研制100比特以上的更大规模超导量子芯片，提升计算规模与模拟能力。量子比特数的提升是开展更复杂量子多体系统实验的基础。团队希望借助更大规模芯片，在可验证的条件下展示实用化量子优势，并对更多量子多体系统开展深入模拟与验证，推动量子计算从基础研究加速走向应用探索。
从“跟跑”到“并跑”再到局部“领跑”，中国量子科技的发展也再次说明，基础研究决定长期竞争力。“庄子2.0”芯片的突破不仅是一次技术进展，也说明了我国科学家直面世界级难题的能力与担当。面向建设科技强国的目标，类似的原创突破有望持续涌现。