时变驱动被广泛用于构造静态体系中不存在的非平衡物态,例如离散时间晶体和Floquet拓扑相。但在打破连续时间平移对称性后,受驱动的量子系统往往会持续吸收能量,最终加热到缺乏结构的无限温度态,从而丧失相干特征。
围绕这一加热过程的速度以及能否实现可控调节,非平衡物理领域长期关注。已有研究表明,高频周期驱动可在一定程度上延缓加热;相比之下,更一般的非周期驱动协议下,加热动力学仍缺乏系统认识。
量子处理器上的随机驱动实验
据发表在《自然》杂志的一项研究,中国科学院物理研究所科研人员及其合作者在二维大型超导量子处理器Chuang-tzu 2.0上开展随机多极驱动实验,观测到寿命较长的预热态,使系统在一段时间内未立即走向完全热化。

Chuang-tzu 2.0包含78个量子比特,按6×13晶格排布,并配备137个可调耦合器。实验中,系统首先被初始化为密度波态,随后施加一系列具有随机结构的控制脉冲。研究将该随机驱动用两个参数刻画:驱动阶数以及每个驱动单元的持续时间。
能量吸收与预热平台的追踪
研究团队通过监测粒子数不平衡与纠缠熵的增长,对系统在多达1000个驱动周期内的能量吸收过程进行跟踪。
结果显示,系统并未在驱动开始后立即加热,而是进入预热平台期:在这一阶段,熵与粒子不平衡近似保持不变;随后系统才出现快速加热。研究指出,该平台期寿命可实现“双重调控”,并与驱动频率呈幂律关系,体现出普适标度指数2n+1,从而将加热时间尺度与随机驱动的结构参数直接关联。

纠缠增长与经典模拟的局限
进一步分析表明,在更晚时间尺度上,纠缠在系统中扩散并呈现强体积律标度。研究称,在这一阶段,常用的经典模拟方法(包括张量网络方法)难以复现实验中观测到的动力学过程。
研究人员表示,该工作为超越周期与准周期驱动协议的热化研究提供了新的实验路径;对可调预热平台及其标度行为的观测,也揭示了对驱动多体系统进行理论描述时可能面临的限制。同时,晚期体积律纠缠的出现凸显出实验量子模拟器与经典数值方法在长时间非平衡动力学模拟方面的差距。
