近日，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院詹明生研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了二維的異核單原子陣列，原子陣列的填充效率達(dá)到88%以上，為基于異核單原子陣列的量子計(jì)算、量子模擬和超冷分子陣列的研究開辟了新途徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。 J#H,QYnf(L  
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當(dāng)前，原子數(shù)目可控、長(zhǎng)相干時(shí)間、相互作用可調(diào)的中性原子體系已成為量子計(jì)算、量子模擬和超冷分子陣列研究的重要平臺(tái)，其中制備任意形狀無缺陷的單原子陣列是在該平臺(tái)開展上述研究的前提和基礎(chǔ)。自2016年美國(guó)和法國(guó)的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)同步利用單原子重排技術(shù)實(shí)現(xiàn)無缺陷單原子陣列的制備以來，人們對(duì)單原子陣列的調(diào)控能力在不斷提升，陣列的維度從一維拓展到二維和三維，原子的數(shù)目從50個(gè)擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)；每一次調(diào)控能力的提升都拓展了在平臺(tái)上開展研究的深度和廣度，催生了一批重要的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，如量子多體疤痕態(tài)的發(fā)現(xiàn)、自旋液體的探測(cè)等。 .n_Z0&i/w  
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然而在量子計(jì)算和量子模擬的研究中，當(dāng)量子比特的數(shù)量擴(kuò)展以后，同核體系在量子邏輯門操作和量子比特的初始化和狀態(tài)讀出時(shí)存在突出的串?dāng)_問題。一個(gè)避免串?dāng)_的途徑是利用異種原子共振頻率的差異來建立光譜隔離的異種原子量子比特體系。這樣的體系既可以用于執(zhí)行量子計(jì)算中不同的任務(wù)，如其中的一種原子量子比特作為糾錯(cuò)碼中的校驗(yàn)子，另一種原子作為數(shù)據(jù)量子比特，如此可能有效地執(zhí)行糾錯(cuò)并避免串?dāng)_；也可以用于量子模擬中，因?yàn)轭~外的操控自由度為多組分多自旋體系的模擬提供了條件。所以，相比同核體系，異核原子體系在量子模擬、量子計(jì)算和量子精密測(cè)量等領(lǐng)域有更加廣闊的應(yīng)用前景。此外，異種原子陣列體系的建立也是實(shí)現(xiàn)極性單分子陣列合成的必要途徑。   au19Q*r9  
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國(guó)際上無缺陷異核原子陣列尚未見報(bào)道過，這其中的挑戰(zhàn)在于異核單原子的裝載和重排中對(duì)錯(cuò)位原子的處理。該研究團(tuán)隊(duì)通過精確調(diào)控激光的失諧和功率解決了兩種原子均勻裝載的問題，并發(fā)展了集團(tuán)啟發(fā)算法，結(jié)合優(yōu)先級(jí)標(biāo)定的算法，有效地排列了錯(cuò)位的原子，實(shí)現(xiàn)了15個(gè)87Rb加15個(gè)85Rb的異核單原子陣列。研究團(tuán)隊(duì)演示了該算法對(duì)不同二維原子陣列排列的有效性，展示了棋盤型、晶格交叉型、斑馬線型等多種構(gòu)型原子陣列。至此，結(jié)合團(tuán)隊(duì)前期在異核原子量子糾纏【Phys. Rev. Lett. 119, 160502 (2017)】、魔幻光阱異核原子均衡相干時(shí)間【Phys. Rev. Lett.124, 153201 (2020)】和異核原子相干形成單分子【Science 370, 331–335 (2020)】等方面完成的系列工作，該研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功創(chuàng)建了獨(dú)具特色的雙組份單原子陣列平臺(tái)，未來有望基于該多體量子平臺(tái)在量子計(jì)算、量子模擬、單分子陣列、精密測(cè)量、多體物理等方面的研究中取得進(jìn)展。 ';\norx;  
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該研究得到了科學(xué)技術(shù)部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的資助。