中国量子计算突破“热死亡”悬崖：庄子2.0非平衡态实现量子信息“逍遥游”

“庄子2.0”：中国量子计算如何从“热死亡”悬崖边开辟新天地

量子计算机面临的真正“杀手”并非黑客攻击或断电宕机，而是比任何外部威胁都更为根本的物理学困境——量子信息“热死亡”。想象一下，将量子比特中精心编码的信息，如同冰块投入沸水，瞬间消融为无用的热噪声，不留一丝痕迹。这并非危言耸听，而是量子物理铁律的无情宣告。然而，中国科学家再次展现了他们的卓越智慧和不懈毅力，硬是在这条通往湮灭的悬崖边，凿出了一块可供立足的“飞地”。他们利用 78个量子比特，成功实现了一个能让量子信息长期“逍遥”的非平衡态，并将这一创新性芯片命名为——“庄子2.0”。

我们今天不谈论AI觉醒，也不涉及地缘政治的复杂性，而是深入量子世界的最前沿，一同探究这款以道家哲学命名的芯片，究竟蕴藏着怎样的奥秘，为何它能 直接改写量子计算的游戏规则，以及这背后所展现的中国量子产业链的真实实力。

量子计算的阿喀琉斯之踵：脆弱的量子比特与“热死亡”

要理解“庄子2.0”的伟大，首先需明白量子计算的根本挑战所在：量子比特的极致脆弱性。

量子比特的“娇贵”程度，远超我们的想象。它就像一根悬浮在半空中、超乎寻常纤细的羽毛，需要保持完美的静止与固定的角度，以维系其所谓的“叠加态”和“相干性”。然而，周围环境的任何微小扰动——哪怕是空气分子的轻微碰撞，地面的细微震动，甚至我们呼吸产生的热量，都足以将其“吹倒”。

在量子世界中，这种“吹倒”的过程被称为**“退相干”。一旦羽毛彻底“倒下”，与环境融为一体，那么它所承载的量子信息便将彻底消失，这一过程即是“热化”。简而言之，量子比特如同“玻璃心”**一般，触之即碎，吹之即散，热之即毁。

物理学界久负盛名的**“本征态热化假说”（ETH）**明确指出：任何足够复杂且能相互作用的量子多体系统，其最终宿命皆为热化。系统中的所有信息，都将被内部的复杂相互作用彻底“搅碎”，均匀地弥散于整个系统之中，好比 一滴墨水融入大海——墨水分子依然存在，但那“一滴墨水”的固有形态已然无迹可寻，这是一种彻底的“消失术”。

更为严峻的是，量子计算机在运行过程中，必须通过微波脉冲等外部场来驱动量子比特实现翻转、纠缠和逻辑门操作。然而，每一次驱动都相当于向系统“注入能量”。传统的周期性驱动方式，犹如向系统中灌注洪水，会直接加速热化过程，最终导致系统进入**“无限温度状态”。届时，所有量子信息被一键清空，密度矩阵彻底“摆烂”为单位矩阵的常数倍，熵值飙升至极限。这正是所谓的“Floquet加热”，也是量子系统遭遇“热死亡”的直接表现，相当于量子计算机的“宕机黑屏”，回天乏术。这也是当前量子计算机只能进行浅层电路运算的关键原因——电路一旦加深，错误便会如滚雪球般累积，最终吞噬所有有用结果，沦为“费力不讨好”**的境地。

“庄子2.0”：在非平衡态中寻找“岁月静好”

面对这一严峻挑战，“庄子2.0”团队并未选择与物理规律硬碰硬，而是巧妙地找到了一个 “漏洞”，或者说，在热化的悬崖边，发现了一个能够长期“歇脚”的**“预热化平台”**。

这听起来有些反直觉。我们可以将其类比为：当你持续加热一锅水时，它迟早会沸腾。但在特定条件下，水却可能被“卡”在沸腾前的某个稳定状态。例如，加热冰水混合物时，只要有冰存在，温度便会稳定在0摄氏度，直到所有冰块融化后温度才会上升。预热化平台正是此理，量子系统被巧妙地“卡”在一个中间稳定态，由一个**“有效哈密顿量”所约束，长时间内近似地保持守恒，从而极大地抑制了加热效应，实现了量子信息的“岁月静好”**。

预热化现象虽然在理论上早有预测，但如何在真实的芯片上实现它，却是**“在针尖上跳舞”**般的挑战。毕竟，芯片上布满了几十个量子比特，还伴随着各种噪声和制造缺陷，精准控制这一平台需要极高的技术。

“庄子2.0”团队成功实现了这一壮举，而他们的秘密武器，便是那个看似寻常却蕴藏大玄机的序列——Thue-Morse序列。

Thue-Morse序列：以“不按套路出牌”驯服量子混沌

Thue-Morse序列的构造方法出奇地简单：从 0 开始，每次将当前序列取反，然后追加到末尾。例如：

1. 0
2. 0 反转为 1，追加到末尾变为 01
3. 01 反转为 10，追加到末尾变为 0110
4. 0110 反转为 1001，追加到末尾变为 01101001

Thue-Morse 序列之所以成为关键，在于它的两大“绝活”：

1. 非周期性：无论演化多少步，它永远不会重复循环，“不按套路出牌”。
2. 确定性与自相似性：它并非随机噪声，而是带有分形结构，看似无序实则有规律，充满了**“科学的玄学”**。

这种独特的结构赋予了Thue-Morse序列**“奇异连续”的频谱**。通俗来说，传统周期性驱动的频谱就像一把梳子，具有一排尖锐的峰值，一旦与量子系统的能级差发生共振，能量便会疯狂涌入，加速加热。而Thue-Morse序列的频谱则没有尖锐峰值，能量分布得极为分散，仿佛用海绵敲击物体，能量被平稳均匀地分散开来，从而有效抑制了共振，实现了对量子系统的**“温柔控场”**。

“庄子2.0”团队将这一序列巧妙地映射到量子比特的驱动脉冲上。实验结果令人振奋：系统的加热率随着驱动频率呈指数级衰减，而非传统周期驱动的多项式衰减。这表明，加热速度得到了**“狠狠踩刹车”**式的抑制。

更为精妙的是，通过调节Thue-Morse序列的阶数和驱动参数，研究人员能够精准控制预热化平台的寿命。这不是偶然现象的观察，而是对规律的透彻掌握，彰显出**“掌控全局”的能力。实验数据表明，在平台期内，即便经过1000个驱动周期，系统的能量密度和纠缠熵依然保持在极低水平，量子信息完好无损；只有当超过临界点后，系统才会快速进入混沌的热化阶段，宛如触发“熔断机制”**。

庄子与量子：跨越千年的文化自信与智慧

这种**“道家”式的操作令人拍案叫绝！面对热化难题，物理学家们并没有采取简单粗暴的降温或提高隔离性等“治标不治本”的手段，而是从驱动协议本身入手，利用一个19世纪就被数学家发现的抽象序列，从根本上抑制了能量吸收。这正如大禹治水，不堵塞而以疏导，并非修补漏水之舟，而是改变水流方向，使其根本无法冲击船体，这正是“以柔克刚”、“四两拨千斤”**的智慧，与庄子《逍遥游》的哲学思想完美契合。

无怪乎，这款芯片被命名为“庄子”。这并非随意而为，其背后蕴含着深厚的**“文化自信”**。

第一代“庄子”芯片的命名，源于一次令人惊艳的物理可视化。研究团队在芯片上模拟了对角Aubry-André-Harper模型系统，成功观测到了著名的Hofstadter蝴蝶能谱。这个能谱由电子在周期性势场和磁场共同作用下产生，形成了一种分形结构，展开后酷似一只展翅的蝴蝶。

这不禁让人想起两千多年前**“庄周梦蝶”的寓言：“昔者庄周梦为胡蝶，栩栩然胡蝶也……不知周也。俄然觉，则蘧蘧然周也。” 庄周梦见自己化身为蝴蝶，醒来后却分不清自己是庄周还是蝴蝶。量子力学中，观察者与被观察系统的纠缠、叠加态的坍缩，恰恰与这种“梦与醒”、“是与非”的模糊边界异曲同工，完美复刻了“庄周梦蝶”的意境。将芯片命名为“庄子”，正是喻示着量子计算是探索微观“梦境”与宏观“现实”边界的有力工具，实现了“跨千年共鸣”**。

而“庄子2.0”的核心——预热化平台，更是与《庄子》中的**“齐物”思想不谋而合。热化的本质是消除差异、万物归一，系统达到最大熵的热平衡，即“死寂的齐”。而“庄子2.0”所实现的预热化平台，却是在非平衡的动态中，维持了一种有序的“逍遥”。通过Thue-Morse序列这种介于“周期之序”与“随机之乱”之间的结构，在芯片上创造出一种“非彼非此”的状态，使得量子比特摆脱了外部环境的热化束缚，获得了一段自由演化的时空。这种“无用之用，方为大用”**——看似无规律的序列，实则蕴藏着巨大用途，正是庄子哲学的精髓所在。

这种“文明编码”在中国量子科技领域并非孤例。“本源悟空”取自《西游记》，象征其七十二变的灵活与火眼金睛的精准；“九章”光量子计算机致敬中国古代数学专著，展现了“硬核传承”；“祖冲之”超导量子计算机纪念了将圆周率计算至小数点后七位的古代数学家，寓意“继往开来”。

这一命名体系，向全世界宣告：中国的科技崛起并非盲目模仿西方，而是中华文明在数字时代的一种延续与新生，是现代科学精神与传统哲学智慧的跨千年共振，彰显了**“东方智慧，驾驭量子”**的宏伟格局。

中国量子产业链：“全栈自研，全面领先”

“庄子2.0”虽然是基础物理研究的突破，但它仅仅是中国量子工业机器的**“冰山一角”**。事实上，中国的量子产业链已经发展到了超乎想象的高度。

在超导路线的商业化方面，合肥的本源量子无疑是行业的佼佼者。他们发布的第三代超导量子计算机**“本源悟空”，搭载72比特的“悟空芯”，截至2025年中，已完成超过50万个运算任务，全球访问量突破3000万次，用户覆盖133个国家。这表明“悟空”并非徒有其表的原型机，而是一个真正在线服务全球的云端算力平台**，充分展现了**“中国算力，服务世界”**的实力。

更为关键的是，为避免被西方“卡脖子”，本源量子自主研发了拥有完全知识产权的量子操作系统“本源司南”，实现了从底层硬件控制到上层应用开发的全链条自主可控，真正做到了**“我的算力我做主”**。

在应用层面，本源量子与医疗机构合作，加速医疗影像分析，提升癌症筛查准确率；与药企合作，加速分子对接模拟，大幅缩短药物研发周期；与金融机构合作，优化投资组合、微调大型AI模型，实现了**“精准赋能”**。

除了超导路线，中国在中性原子计算领域也取得了显著进展，实现了**“双线并行，全面开花”。2025年10月，中科院精密测量科学与技术创新研究院推出了“汉原一号”，不仅正式发布，还实现了商业交付。这款拥有100个量子比特**的计算机，单比特门保真度高达99.9%，双比特门保真度达到98%，数据表现异常出色。

“汉原一号”最引人注目之处在于，它无需在接近绝对零度的环境中工作，而是通过激光光镊捕获原子，在室温下即可运行。这使得系统体积大幅缩小，仅需3个标准机柜，能耗和维护难度也因此骤降90%以上，展现了**“接地气，好养活”的特性。更令人振奋的是，“汉原一号”已出口至巴基斯坦**，标志着中国首次向海外出口商业化量子计算机，开启了**“量子一带一路”的战略布局，践行了“共享共赢”**的理念。

在西方国家通过《瓦森纳协定》和实体清单严控量子技术输出的背景下，中国选择直接向“一带一路”合作伙伴出口整机硬件，这不仅彰显了技术自信，更在构建一个独立于西方的量子技术联盟，实现了**“反向破局”**。

在中国量子计算的宏伟拼图中，稀释制冷机的国产化是一个不显眼却至关重要的环节。它被称为超导量子芯片的**“超低温空调”，因为超导量子芯片必须在10毫开尔文以下的极低温环境下工作，这比宇宙背景温度还要低。过去，这一核心设备长期被芬兰BlueFors和英国Oxford Instruments两家公司垄断，直接关系到中国的“命脉”。但在中国人“自主可控”的精神驱动下，安徽省量子计算工程研究中心和国盾量子联合攻关，成功研制出“EZ-Q”稀释制冷机**，并于2023年第二季度开始量产交付，彻底打通了超导量子计算的最后一道硬件防线。这意味着，即使面临极端制裁，中国的量子计算研究和产业化也能够正常运转，无需看他人脸色，拥有了**“底气十足”**的实力。

“庄子2.0”的全球坐标：另辟蹊径，弯道超车

将“庄子2.0”放置在全球背景下审视，其78比特的规模，使之与谷歌的 Sycamore、中国自己的 祖冲之2.1 处于同一梯队。尽管比特数量不及IBM的433比特，但“庄子2.0”的核心优势在于控制精度和创新性，追求的并非数量，而是**“质量”**。

西方实验室也在研究时间晶体和非平衡动力学，但“庄子2.0”通过Thue-Morse序列实现可调控的预热化平台，这是非平衡态控制领域的独创性成果，开辟了一条崭新的赛道。这充分证明，不盲目追求比特数量，而是通过物理原理创新，充分挖掘现有芯片的潜力，才是量子计算发展的王道，真正做到了**“另辟蹊径，弯道超车”**。

量子计算的未来：容错计算与东方智慧

量子计算的终极目标是实现容错量子计算，即计算即便存在错误也能可靠进行。目前主流思路是量子纠错，通过大量物理量子比特编码一个逻辑量子比特，并不断检测、纠正错误，但这开销巨大，可能需要数千个物理量子比特才能编码一个可靠的逻辑量子比特。这无疑是**“费力”**的道路。

而“庄子2.0”所展示的预热化技术，提供了一种全新的思路——从物理层面抑制错误的产生。如果能够通过巧妙的驱动协议，使量子系统长期停留在预热化平台上，那么即便是在含有噪声的中等规模量子设备上，也能够执行更深层的电路，完成更复杂的计算任务，这无疑是**“省力”**的。

这两种方法并非相互排斥，反而可以相辅相成。如同修补船只漏洞的同时，又避免水流冲刷船体，双管齐下，实现**“效率翻倍”**。

“庄子2.0”的成功，是中国量子计算领域的一座里程碑。它不仅在物理学上为解决量子信息易丢失这一核心痛点，提供了基于Thue-Morse序列的全新思路，更在工程上展示了中国对宏观量子系统的极致控制能力，可谓**“文武双全”**。

从“本源悟空”的全球云服务，到“汉原一号”的海外出口，再到“EZ-Q”制冷机的自主可控，中国已经构建了一个从基础理论到核心硬件，再到操作系统与行业应用的完整生态闭环，实现了**“全栈自研，全面领先”**。

这种以“庄子”、“悟空”、“祖冲之”等命名的技术体系，不仅仅是冰冷的算力堆叠，更是一种文明意志的体现——在数字时代的洪流中，中国正用独有的东方智慧，驾驭量子的不确定性，在混沌的热力学世界中，开辟出一片有序的生存空间，充分展示**“东方智慧，赋能未来”。随着“庄子2.0”代表的控制技术日益成熟，未来的量子计算机将不再是时刻面临“热死亡”威胁的脆弱玩具，而是能够在复杂多变的宇宙中，长期、稳定地保存和处理信息，为人类文明的演化提供算力灯塔的“超级工具”**。