IT之家 11 月 15 日消息，中國科學(xue)院精密測量院詹明(ming)生、許鵬團隊在(zai)中性原子量子計算領域取得重要進展。

該團隊創新(xin)性(xing)提(ti)出(chu)并在實驗上演(yan)示了(le)(le)一(yi)種基于光纖陣(zhen)列的中性(xing)原子量(liang)子計(ji)算新(xin)架構，解(jie)決(jue)了(le)(le)原子量(liang)子計(ji)算難以同(tong)時實現高(gao)并行(xing)、高(gao)速(su)率和高(gao)穩定(ding)性(xing)尋址(zhi)操(cao)控的難題。

相(xiang)關成果(guo)已(yi)于 11 月 4 日(ri)發表在《自然-通訊》上，標志著我(wo)國在量子計算(suan)基(ji)礎研(yan)究與(yu)核心器(qi)件開發方面取得了(le)重(zhong)要進展。

中(zhong)性原(yuan)子(zi)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)路線憑借(jie)優(you)異的(de)可擴展性、高保真度門操(cao)控、長(chang)相干時(shi)間以及(ji)可重構連(lian)接，已成為量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)硬件(jian)的(de)優(you)勢路線之一(yi)。與經典(dian)計(ji)(ji)算(suan)相似(si)，尋(xun)(xun)址(zhi)能(neng)力決定可編(bian)程性。因此，高質量(liang)(liang)的(de)尋(xun)(xun)址(zhi)操(cao)控不僅是運行(xing)各種量(liang)(liang)子(zi)算(suan)法(fa)推(tui)動(dong)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)應用(yong)的(de)關鍵(jian)技術，也(ye)是實(shi)現通用(yong)、容錯量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)的(de)基石。在中(zhong)性原(yuan)子(zi)量(liang)(liang)子(zi)計(ji)(ji)算(suan)路線中(zhong)，現有的(de)尋(xun)(xun)址(zhi)方案還(huan)無(wu)法(fa)同時(shi)實(shi)現高并(bing)行(xing)、高速(su)率、高穩定性的(de)尋(xun)(xun)址(zhi)操(cao)控。

目前中性原(yuan)(yuan)子量子計(ji)算的(de)尋址方案可(ke)以分為兩(liang)種(zhong)(zhong)，第一種(zhong)(zhong)是“原(yuan)(yuan)子找激光”（原(yuan)(yuan)子穿梭）方案，通過原(yuan)(yuan)子在不(bu)同功能(neng)區的(de)相干轉移實現尋址，便于并(bing)行(xing)操作(zuo)和非局(ju)域連接，但跨阱移動會顯著增加(jia)量子門之間(jian)(jian)的(de)閑置(zhi)時(shi)間(jian)(jian)并(bing)引(yin)入原(yuan)(yuan)子加(jia)熱，不(bu)利于深層操作(zuo)；第二種(zhong)(zhong)是“激光找原(yuan)(yuan)子”（光束(shu)掃描）方案，利用聲光偏(pian)轉控制強聚焦的(de)尋址光，可(ke)將閑置(zhi)時(shi)間(jian)(jian)壓至微秒量級，但并(bing)行(xing)尋址能(neng)力受限，且在長期精準對準與指向漂(piao)移控制方面存(cun)在技(ji)術挑戰。

面(mian)對這些挑(tiao)戰(zhan)，研究團隊獨(du)(du)辟(pi)蹊徑，設(she)計出全新的(de)(de)光纖(xian)陣列架構。該架構的(de)(de)核(he)心在(zai)于，為(wei)每(mei)個(ge)量子比(bi)特配置一(yi)(yi)條完全獨(du)(du)立的(de)(de)控(kong)制通(tong)道，將每(mei)個(ge)原子比(bi)特的(de)(de)囚禁光和尋址光通(tong)過(guo)同一(yi)(yi)根(gen)單模光纖(xian)傳輸，并經由共享(xiang)光路在(zai)真空中聚焦形成光鑷。這種共路設(she)計使(shi)得控(kong)制光束與原子陷阱在(zai)空間上(shang)天然對齊，從根(gen)本(ben)上(shang)消除了因機械振動或熱漂(piao)移導致的(de)(de)光路失準(zhun)問題，為(wei)實(shi)現穩定(ding)、獨(du)(du)立的(de)(de)量子控(kong)制提供了物理保障。

實驗上，研究團隊在 64 根光纖(xian)構成的(de)(de)陣列中(zhong)，用其(qi)中(zhong) 10 路演(yan)示了(le)對 10 個單(dan)原(yuan)(yuan)子的(de)(de)尋址(zhi)操控，其(qi)中(zhong)每個原(yuan)(yuan)子的(de)(de)單(dan)比特(te)(te)門(men)操作(zuo)的(de)(de)平(ping)均(jun)保(bao)真度(du)達到(dao)了(le) 0.9966，4 個隨機選擇的(de)(de)量(liang)子比特(te)(te)同時執(zhi)行(xing)任(ren)意單(dan)比特(te)(te)門(men)操作(zuo)時，平(ping)均(jun)保(bao)真度(du)依(yi)然可(ke)(ke)以達到(dao) 0.9961。團隊還實現了(le)兩原(yuan)(yuan)子間的(de)(de)里(li)德堡態阻(zu)塞，為實現高保(bao)真兩比特(te)(te)門(men)奠定(ding)了(le)物(wu)理基(ji)礎。該(gai)架構未(wei)來可(ke)(ke)通過復(fu)制通道直接擴展，也可(ke)(ke)以采用 3 維光波導陣列與集(ji)成光子芯(xin)片技術進(jin)行(xing)擴展，為基(ji)于大規模可(ke)(ke)控單(dan)原(yuan)(yuan)子陣列量(liang)子計算提(ti)供全新的(de)(de)路徑。

與(yu)(yu)正文一道發(fa)表的(de)匿名(ming)審稿人(ren)評(ping)審意見(jian)高度評(ping)價：“這是一項出(chu)色的(de)工作，為實現大規模中性原(yuan)子(zi)量(liang)子(zi)計(ji)算提供了一種極具(ju)前景(jing)的(de)全新(xin)架構，該研(yan)究對(dui)量(liang)子(zi)計(ji)算領域具(ju)有重(zhong)要而(er)直(zhi)接的(de)貢獻，同時也將對(dui)量(liang)子(zi)模擬(ni)、光與(yu)(yu)物質相互作用以及(ji)量(liang)子(zi)信息科學的(de)研(yan)究產(chan)生廣泛影(ying)響(xiang)”。

IT之家附論文地址：
//www.nature.com/articles/s41467-025-64738-8

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