科技日报记者 操秀英
记者从中国科学院精密测量科学与技术创新研究院获悉，该院詹明生、许鹏团队在中性原子量子计算领域取得重要进展。该团队创新性提出并在实验中验证了一种基于光纤阵列的原子量子计算新架构，解决了原子量子计算难以同时实现高并行、高速率和高稳定性寻址操控的难题。相关成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。
研究团队负责人研究员许鹏介绍道，在原型系统中，团队在光纤阵列形成的光阱里稳定囚禁了10个单原子，首次在二维原子阵列中展示了高保真的“任意单比特门”并行操控，并清晰观测到两原子的里德堡阻塞效应——这是实现高保真两比特门的关键物理基础。“该架构可以通过复制通道来扩大规模，并且兼容集成光子芯片，为迈向大规模中性原子量子计算提供了新的路径。”许鹏说。
中性单原子阵列因具备可扩展、高保真门操作、长相干时间及连接可重构性等特点，被视为最有潜力迈向大规模、容错量子计算的平台之一。然而，如何实现高效且精准的单原子操控，一直是该体系迈向实用化的最大挑战之一。
许鹏介绍道，“一个原子就是一个量子比特，只有0.1纳米大小，要用激光精准操作它非常难。现有的主流寻址方法大致有两类，即激光找原子和原子找激光。简单理解，前者是用同一束光来接连操作不同原子，速度快但效率低，后者是让需要同样操作的原子进入一束大的激光照射区域，精度高但速度慢。如何在保证高精度的同时提升并行操控效率，这是中性原子量子计算走向规模化必须攻克的核心技术瓶颈。”
面对这一难题，研究团队创新性地提出一种基于光纤阵列的原子量子计算架构新方案。方案为每个量子比特分配独立光纤控制通道，使系统能够同步、高速、精准地操控任意原子，在实验上实现了“既快又准”的原子寻址技术突破。
许鹏强调，在NISQ（含噪声的中等规模量子）时代，单原子操控的效率与精度直接决定了量子计算的实用化进程。此前，国内外科研团队虽已在大规模原子阵列系统取得进展，但寻址技术的局限性始终制约性能提升。“我们的架构通过光纤并行化设计，彻底解决了高精度与高效率不可兼得的矛盾，为中性原子量子计算迈入下一代规模化应用提供了关键技术支撑。”他说。
与正文一道发表的匿名审稿人评审意见高度评价：这是一项出色的工作，为构建中性原子量子计算机提供了新途径，该研究对量子计算领域具有重要而直接的贡献，同时也将对量子模拟、光—物质相互作用以及量子信息科学的研究产生广泛影响。
该研究工作获得科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院以及湖北省科技厅等部门的支持。
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