中性原子量子計(jì)算成果入選《物理》2025年國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展

12月15日，美國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理》雜志公布2025年國(guó)際物理學(xué)領(lǐng)域九項(xiàng)重大進(jìn)展，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等與上海人工智能實(shí)驗(yàn)室鐘翰森等合作完成的中性原子量子計(jì)算成果——高速原子重排實(shí)驗(yàn)入選。

中性原子體系因優(yōu)異的擴(kuò)展性、高保真度量子門(mén)、高并行性和任意的連接性，成為極具潛力的量子計(jì)算和量子模擬平臺(tái)。該體系使用光鑷陣列囚禁中性原子，首先需要通過(guò)重排技術(shù)將初始隨機(jī)填充的原子陣列轉(zhuǎn)換成無(wú)缺陷原子陣列，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行量子邏輯門(mén)操作。傳統(tǒng)的重排方法受限于隨陣列規(guī)模增長(zhǎng)的時(shí)間復(fù)雜度、原子丟失、計(jì)算速度等，陣列規(guī)模停留在幾百個(gè)原子的水平，難以進(jìn)一步擴(kuò)展。

研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了原子量子計(jì)算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高度的并行性以及與陣列規(guī)模無(wú)關(guān)的常數(shù)時(shí)間消耗，在60毫秒內(nèi)成功構(gòu)建出多達(dá)2024個(gè)原子的無(wú)缺陷二維和三維原子陣列，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)中性原子體系無(wú)缺陷原子陣列規(guī)模的世界紀(jì)錄。這一成果被《物理》雜志作為研究亮點(diǎn)專(zhuān)門(mén)報(bào)道。

目前，該系統(tǒng)單比特門(mén)保真度達(dá)99.97%，雙比特門(mén)保真度達(dá)99.84%，探測(cè)保真度達(dá)99.92%，關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為構(gòu)建基于中性原子陣列的容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

審稿人認(rèn)為這一工作“通過(guò)組裝2024個(gè)原子的陣列創(chuàng)造了新的紀(jì)錄”“標(biāo)志著原子相關(guān)量子物理領(lǐng)域在計(jì)算效率和實(shí)驗(yàn)可行性方面的一次重大飛躍”“是一種創(chuàng)新的方法，具有明確且實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于原子陣列實(shí)驗(yàn)這一龐大且不斷發(fā)展的研究群體將具有重要吸引力”。

《物理》雜志網(wǎng)站介紹，科研團(tuán)隊(duì)為直觀展示這種可快速重組數(shù)千原子的新系統(tǒng)，以549個(gè)原子作為可移動(dòng)像素，制作了薛定諤貓思想實(shí)驗(yàn)的卡通視頻，展示了銣原子在光鑷陷阱陣列中以創(chuàng)紀(jì)錄的速度被新開(kāi)發(fā)的AI系統(tǒng)移動(dòng)重組、連續(xù)形成不同圖像的過(guò)程。這一創(chuàng)新演示不僅高居《物理》雜志網(wǎng)站2025年度瀏覽量榜首，更標(biāo)志著高速的原子重排技術(shù)，對(duì)未來(lái)基于原子的量子計(jì)算機(jī)而言至關(guān)重要。

美國(guó)物理學(xué)會(huì)公布2025年國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展

《物理》雜志網(wǎng)站報(bào)道：

https://physics.aps.org/articles/v18/191

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)

責(zé)任編輯：侯茜