美國(guó)加州理工學(xué)院科學(xué)家利用高度聚焦的激光束——“光鑷”技術(shù)，控制了6100個(gè)超冷中性銫原子，構(gòu)建出目前規(guī)模最大的量子比特陣列。專家指出，這一突破表明中性原子量子計(jì)算機(jī)具備大規(guī)模擴(kuò)展?jié)摿Γ�但距離實(shí)現(xiàn)成熟可用的量子計(jì)算機(jī)仍有很長(zhǎng)的路要走。相關(guān)研究成果發(fā)表在新一期《自然》雜志上。

量子比特是量子計(jì)算的基本單元，與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中的比特有本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)比特只能表示0或1中的一種狀態(tài)，而量子比特可同時(shí)處于0和1的疊加態(tài)，借助量子糾纏實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，從而在解決特定問題上實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)加速。

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“光鑷”捕獲的6100個(gè)銫原子陣列。

目前，全球量子計(jì)算技術(shù)路線多樣，包括超導(dǎo)、光量子、離子阱、半導(dǎo)體量子點(diǎn)及中性原子等。本研究采用的正是在真空中用“光鑷”捕獲中性原子作為量子比特的技術(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)將激光束分割為12000個(gè)高度聚焦的“光鑷”，在真空腔內(nèi)捕獲了6100個(gè)銫原子，排列成規(guī)整陣列，構(gòu)建出迄今最大量子比特陣列——此前紀(jì)錄為包含1180個(gè)中性原子的量子比特陣列。

實(shí)驗(yàn)顯示，在規(guī)模大幅擴(kuò)展的同時(shí)，量子比特質(zhì)量并未下降：其疊加狀態(tài)可持續(xù)約13秒，比以往類似陣列延長(zhǎng)近10倍，單量子比特操控精度達(dá)99.98%。

值得一提的是，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了在陣列中將原子移動(dòng)數(shù)百微米而保持量子態(tài)穩(wěn)定。這種可移動(dòng)的量子比特是中性原子平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)之一，有助于更靈活地實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)。由于量子比特易受噪聲干擾，糾錯(cuò)技術(shù)是規(guī)模化量子計(jì)算的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃下一步實(shí)現(xiàn)數(shù)千個(gè)物理量子比特的糾纏，以探索新物態(tài)、設(shè)計(jì)新材料，乃至模擬量子引力場(chǎng)等前沿科學(xué)問題。他們還希望在數(shù)千個(gè)物理量子比特的規(guī)模上實(shí)現(xiàn)量子糾錯(cuò)，以證明中性原子具有構(gòu)建實(shí)用量子計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大潛力。

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