美国加州理工学院的研究人员在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们利用高度聚焦的激光束——即“光镊”技术，成功操控了6100个超冷中性铯原子，构建出迄今为止规模最大的量子比特阵列。这一成果标志着中性原子量子计算在扩展性方面迈出了关键一步，尽管专家仍认为，通往实用化量子计算机的道路依然漫长。
由“光镊”捕获形成的6100个铯原子阵列。图片来源：美国加州理工学院
作为量子计算的基本单位，量子比特与经典比特存在根本差异。经典比特只能处于0或1的状态之一，而量子比特可同时处于0和1的叠加态，并通过量子纠缠实现强大的并行运算能力，从而在某些复杂问题的求解上展现出指数级的性能优势。
当前全球量子计算的技术路径百花齐放，涵盖超导电路、光量子、离子阱、半导体量子点以及中性原子等多种方案。此次研究采用的是基于真空环境中“光镊”捕获中性原子的技术路线。
研究人员将一束激光分割成12000个极其精细的聚焦光点，形成大量“光镊”，在超高真空环境中成功捕获并排列出6100个铯原子，组成高度有序的阵列，刷新了此前1180个中性原子量子比特阵列的世界纪录。
更令人瞩目的是，在系统规模显著扩大的同时，量子比特的质量并未下降：其量子叠加态维持时间长达约13秒，相较以往同类系统提升了近十倍；单个量子比特的操作精度高达99.98%。
此外，团队还实现了在不破坏量子态的前提下，将原子在阵列中移动数百微米。这种可编程移动能力是中性原子平台的一大优势，为实现高效的量子纠错提供了可能。鉴于量子系统极易受到环境噪声干扰，纠错机制被视为实现大规模量子计算的核心瓶颈之一。
接下来，研究团队的目标是让数千个物理量子比特实现纠缠，用于探索新型量子物态、设计先进功能材料，甚至模拟如量子引力场等前沿物理现象。他们也希望在数千量子比特尺度上验证量子纠错能力，进一步证明中性原子体系在构建未来实用型量子计算机中的巨大潜力。（科技日报）
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