近日，深圳国际量子研究院邓修豪课题组与香港大学、复旦大学等单位合作，揭示了量子纠缠增强多体动力学鲁棒性的内在机制。研究团队通过严格理论分析与数值模拟发现，当与误差相关的局域子系统同系统其余部分建立充分纠缠时，局域相干误差对量子演化的影响可受到抑制。在所研究的一类局域误差模型中，误差上界随误差项数目的增长，可由线性尺度改善为平方根尺度。

这一结果也为量子控制提供了新的思路：结合已有的鲁棒控制脉冲，利用多比特系统的纠缠结构，可减小串扰等控制不理想因素造成的操作误差，并在特定条件下缩短门操作时间。相关成果以“Entanglement-induced resilience of quantum dynamics”为题，于2026年10月2日发表于Science Advances。

高精度量子演化是量子模拟和量子计算的基础。真实器件中，量子比特参数偏差、残余耦合、串扰和控制脉冲畸变，会使实际演化偏离预期。随着系统规模扩大，这些误差的累积更难控制。量子纠错与动力学解耦提供了有效的保护手段，但通常需要额外的编码、测量或脉冲资源。

纠缠是量子信息处理的核心资源，其本身也会受到噪声影响。本研究关注的是演化过程中纠缠的另一种作用：多体系统已有或自然生成的纠缠，能否降低连续时间量子动力学对局域相干误差的敏感性？这一问题直接关系到模拟量子系统的可靠性，也关系到多比特环境中量子门的精确控制。

纠缠如何影响动力学误差：研究团队首先建立了适用于含时哈密顿量的动力学误差上界，将理想演化与含误差演化之间的状态偏差，同误差哈密顿量沿理想演化轨迹的作用联系起来。随后，团队将已有的熵与期望值之间的不等式用于这一分析，建立了误差上界与相关局域子系统纠缠熵之间的定量关系。

其物理含义是：当这些局域子系统与其余部分充分纠缠时，其约化态接近最大混合态，不同误差项对状态的作用不再容易同向累加。因此，对给定演化轨迹的误差估计可以更接近平均情形，而比针对所有输入态的最坏情形估计更小。数学上，这对应于由谱范数描述的最坏情形界，转向以归一化Frobenius范数为主的误差尺度。对于论文讨论的典型局域误差模型，随着误差项数N增加，这一尺度可由N量级改善为√N量级（图1）。这一机制利用系统自身的纠缠，本身无需引入辅助量子比特或纠错测量。保护效果取决于误差作用区域上的纠缠结构及其在演化中的变化。

多体模型中的数值验证：团队在一维与二维横场Ising模型，以及描述相互作用费米子的费米—哈伯德模型中进行了数值验证。在横场Ising模型的所选参数下，全零直积态在演化中快速生成纠缠，模拟误差的增长更接近平均情形估计；作为对照，沿x方向极化的直积态在演化中保持较低纠缠，其误差更接近最坏情形界（图2）。这里的“典型”和“非典型”初态，是针对所研究模型与参数而言。

在费米—哈伯德模型中，研究考察了演化轨迹上各个短时间段的误差，并与相关两格点子系统的纠缠熵比较。数值结果显示，纠缠熵增大时，单段演化误差趋近平均情形尺度；纠缠熵回落时，单段误差可出现峰值（图3）。这一结果支持纠缠与误差抑制之间的联系，同时也表明保护效果会随动力学过程变化。

面向实验的局域关联诊断：为了在实验中判断误差是否接近平均情形行为，团队提出了基于误差结构的局域关联测量方案。根据器件中已知的耦合和可能的误差项，测量不同误差项之间的交叉关联，可获得与误差累积方式相关的信息，减少对完整多体态层析的依赖（图4）。

研究还证明，显著非零的局域期望值，可以对相关子系统的纠缠熵给出上限。交叉关联接近零则与高纠缠相容，但单凭这一结果还不足以确认强纠缠，需要结合进一步的局域关联测量判断。这为在量子模拟和量子计算平台上检验该机制提供了可行路径。

量子控制中的纠缠辅助误差抑制：量子控制是这一研究的重要应用方向。真实器件中，对目标量子比特施加控制脉冲时，邻近量子比特的残余耦合会引起频率偏移、依赖邻近比特状态的驱动响应，以及串扰。邓修豪课题组与合作者将这些因素纳入统一的控制误差分析，研究多比特纠缠对量子门实现精度的影响。

团队将目标比特及受串扰影响的邻近“旁观比特”一起视为子系统A，其余比特构成子系统B，并建立了与A和B之间纠缠程度相关的含时控制误差上界。当相关纠缠在脉冲作用期间保持充分时，针对给定输入态的门操作误差，可更接近由归一化Frobenius范数描述的平均情形尺度。这使控制误差的评估能够考虑量子态的结构，而不只依赖控制脉冲和耦合参数。

以3×4二维半导体量子点阵列中的单比特旋转为例，目标比特与四个邻近比特构成五比特子系统A。团队采用180 ns的鲁棒控制脉冲，对比不同纠缠程度的输入态，发现随着A与B之间的纠缠增强，所评估的状态相关门操作误差明显降低（图5）。补充材料还给出了双比特门的相应分析与数值验证。

纠缠辅助的误差抑制还为缩短控制脉冲提供了余量。脉冲在时间上压缩后，通常需要更高的驱动幅度，也更容易受到控制线路有限带宽引起的波形畸变影响。在补充材料的数值示例中，将原有鲁棒控制脉冲与纠缠辅助机制结合，可在维持相近状态相关操作精度的同时，将门时间从180 ns缩短约25%，至约135 ns。这为结合输入态纠缠信息、设计更快的量子控制脉冲提供了具体思路。

这项工作将多体纠缠与局域相干误差的影响定量联系起来，为量子模拟误差评估、鲁棒控制脉冲设计和实验诊断提供了共同的理论依据。对于量子控制，它提示研究者在分析串扰和参数偏差时，可以进一步考虑操作过程中相关子系统的纠缠结构，寻找兼顾速度与精度的控制方案。

这一机制主要针对局域相干和微扰误差，其有效性仍取决于具体的误差模型、纠缠结构及耗散强度。马尔可夫耗散的贡献在理论中单独计入；利用已有或自然生成的纠缠时，保护机制本身不增加编码与纠错测量开销，而特定纠缠输入态的制备成本仍需在具体方案中评估。