近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）智能量子计算与模拟团队联合中国科学院物理研究所等单位，在超导量子处理器上实现了孤立量子系统中量子姆潘巴效应（Quantum Mpemba Effect，QME）的观测与多维调控。研究团队依托具有全连接架构和可调哈密顿量参数的超导量子芯片，系统展示了相互作用范围、局域势以及初态类型等多个控制参量对量子姆潘巴效应的影响，为理解和调控量子多体非平衡动力学提供了新的实验平台。2026年6月29日，该成果以“超导量子处理器上量子姆潘巴效应的观测与调控”（Observation and Modulation of the Quantum Mpemba Effect on a Superconducting Quantum Processor）为题，发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters），入选编辑推荐（Editors' Suggestion）。

姆潘巴效应最初源于经典体系中“初始温度更高的水可能更快结冰”这一反直觉现象。近年来，这一效应被拓展到量子体系中：在某些非平衡量子多体系统里，初始对称性破缺更强的子系统反而能够更快恢复对称性，即量子姆潘巴效应。该效应不仅为研究量子热化、遍历性破缺和对称性恢复动力学提供了独特窗口，也为高效量子态制备、量子比特重置等量子信息任务提供新思路。然而，目前相关研究仍以理论探索为主，实验上对该效应的灵活调控仍较为有限。

围绕这一问题，研究团队设计并制备了一个由16个超导量子比特组成的量子处理器（图1）。该芯片同时集成了16个可调耦合器和1个频率可调的中心谐振腔，能够分别调节近邻短程相互作用和长程相互作用，从而可以在不同相互作用条件之间连续切换。实验中，团队选取14个相邻量子比特构造量子自旋链，并通过精确的频率调控、脉冲校准和初态制备，实现了对体系哈密顿量、局域势以及初态对称性破缺程度的联合控制。

为刻画量子姆潘巴效应，研究团队采用纠缠非对称性（Entanglement Asymmetry，EA）作为对称性破缺和恢复过程的灵敏探针。实验上，团队通过三量子比特子系统的量子态层析重构密度矩阵，并在经典后处理中计算纠缠非对称性随时间的演化。相比常规纠缠熵，纠缠非对称性能够更直接地反映不同激发数扇区（Charge Sectors）之间的量子相干性，从而捕捉体系在非平衡演化中恢复 U(1) 对称性的动力学特征。

研究团队首先在强短程耦合情况下，从不同倾斜角的 Néel 初态出发进行量子淬火实验。该区域可近似看作近可积体系，早期动力学仍主要由准粒子扩散主导。实验结果显示，初始对称性破缺更强的态能够以更快速度恢复对称性，并与对称性破缺较弱的态发生明显动力学交叉行为，表明量子姆潘巴效应的出现（图2a）。进一步地，当长程耦合增强至与近邻短程耦合相当时，对于倾斜 Néel 态，体系早期动力学已转为热化动力学主导，EA的动力学交叉随之消失，量子姆潘巴效应随之受到抑制（图2b）。

在此基础上，研究团队进一步展示了量子姆潘巴效应的可恢复性。一方面，通过引入格点相关的局域线性势，体系遍历性被削弱，热化过程受到抑制，原本在长短程耦合强度相当区间消失的EA动力学交叉重新出现（图2c）。另一方面，团队从倾斜铁磁初态出发，将早期动力学映射到长程相互作用体系中具有代表性的 Lipkin-Meshkov-Glick 模型，并再次观测到明显的量子姆潘巴效应（图3a）。实验发现即使在较强局域无序存在时，该效应仍保持稳健，显示出该调控方案的鲁棒性。

该论文第一作者为量子院博士后徐越山（已出站）、中国科学院物理研究所博士生方才平、陈炳杰和王铭川。通讯作者为量子院助理研究员黄凯旋，中国科学院物理研究所相忠诚副主任工程师、许凯副研究员，以及量子院兼聘/中国科学院物理研究所范桁研究员。文章合作者还包括日本理化学研究所葛自勇研究员，中国科学院物理研究所郑东宁研究员、刘钢钦研究员，特聘研究员张士欣，副研究员宋小会、田野，博士后时运豪、刘宇、梁珪涵，博士生刘政和、李天铭、冯达尔、古旭洋、何扬、刘皓天、梅铮扬、肖永熙、于一涵、袁伟平、张佳驰；华南理工大学教授张煜然；西北大学博士生燕羽；量子院助理研究员邓承林、郭学仪、王正安，高级工程师赵魁，博士后李浩（已出站）、王子婷（已出站）。