2026年2月27日——保存量子信息是开发实用量子计算系统的关键。但相互作用的量子系统具有混沌特性并遵循热力学定律，最终会导致信息丢失。

物理学家很早就发现了一个被称为“动力学冻结”的奇特例外现象：当量子系统以精确调谐的频率受扰动时，能够规避这些定律。但这种现象能推迟热力学效应多久？

康奈尔大学物理学家首次给出了定量答案：虽然不能永久维持，但持续时间惊人地长久。通过新数学框架，该团队证明冻结态可稳定保持足够长时间，成为量子系统中保存信息的有效策略。这为维持量子计算机相干性提供了前景广阔的途径，尤其当量子比特数量扩展到百万级时。

“这就像在问：如何避免物理定律最终占据上风？”文理学院物理学副教授Debanjan Chowdhury解释道，“想象一杯无需加热就能保持温度的咖啡，或是放在加热器上永不融化的冰块。这真的可能吗？这正是量子多体系统领域悬而未决的重大问题之一。”

通过分析计算，Chowdhury及其研究组两名成员发现：虽然量子系统能被驱动以极长时间保存信息（接近宇宙年龄），但冻结态并非永恒，最终仍会通过极其罕见的量子过程热化。

相关论文《动态冻结附近瞬子导致的Floquet热化》于2月27日发表在《物理评论X》上。共同第一作者为康奈尔原子与固态物理实验室Bethe/KIC博士后Haoyu Guo和前富布赖特访问学者Rohit Mukherjee。

“这种效应具有特殊性，”Chowdhury指出，“虽然不能永久持续，但我们现在能精确计算保护机制的持续时间。在驱动作用下，时间尺度呈指数级延长，信息可被保存得极其长久。”

关于为何需要持续驱动，Mukherjee解释说：“系统不会自然保持冻结状态。就像 playground 的秋千：如果持续施加适时的小推力，就能以特定方式控制其运动。这里的周期性驱动就如同那些规律推力。”

该工作从理论上揭示了相干性最终如何消退。“系统大部分时间保持稳定，但偶尔会突然量子跃迁到不同状态，”Guo比喻道，“就像安静待在谷底的球突然出现在相邻山谷——不是通过翻越山脊，而是穿透山体，这种效应只有量子物理允许。”

Chowdhury表示，精确调谐频率下的持续周期性驱动，能通过微妙的量子力学机制抵消导致混沌的过程。“我们观察到的现象就像量子混沌的降噪耳机。”

虽然这是理论工作，但Chowdhury指出其与各量子计算平台的实验进展直接相关。随着量子处理器规模扩大，保持相干性变得异常困难——单个不稳定量子比特可能引发数百万相互作用组件间的级联错误。

“控制少量量子比特尚可管理，但面对百万量级时，微小混沌过程都可能引发雪崩效应。我们需要能随系统扩展保持有效的策略。”Chowdhury强调。

动态冻结并非保存量子信息的唯一策略，但对未来真实设备中从少量量子比特扩展到百万级交互系统特别具有前景。“这项工作表明，动态冻结并非违反热力学定律，而是处于有序与混沌间精妙平衡的状态——其寿命现在可以从第一性原理预测。”Chowdhury总结道。

该研究获得了阿尔弗雷德·P·斯隆基金会、美国国家科学基金会和文理学院新前沿项目的资助。