11月16日消息，中國科學(xué)院精密測量院詹明生、許鵬團(tuán)隊(duì)近日在中性原子量子計(jì)算領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于光纖陣列的量子計(jì)算新架構(gòu)，成功解決了原子量子計(jì)算中高并行、高速率與高穩(wěn)定性尋址操控難以兼顧的核心難題。相關(guān)成果于11月4日發(fā)表在國際知名期刊《自然-通訊》上，標(biāo)志著我國在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究與核心器件開發(fā)領(lǐng)域邁出關(guān)鍵一步。

中性原子量子計(jì)算憑借可擴(kuò)展性強(qiáng)、門操控保真度高、相干時(shí)間長及連接可重構(gòu)等優(yōu)勢，已成為全球量子計(jì)算硬件研發(fā)的重要方向。尋址能力作為量子計(jì)算可編程性的核心支撐，既是推動(dòng)量子算法落地的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)通用、容錯(cuò)量子計(jì)算的重要基礎(chǔ)。此前，全球范圍內(nèi)的中性原子尋址方案主要分為兩類：“原子找激光”方案雖便于并行操作與非局域連接，但原子跨阱移動(dòng)會(huì)增加閑置時(shí)間并引入加熱，影響深層操作；“激光找原子”方案雖能將閑置時(shí)間壓縮至微秒量級(jí)，但并行尋址能力有限，且存在長期精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)與指向漂移控制的技術(shù)瓶頸。

面對(duì)行業(yè)痛點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑設(shè)計(jì)全新架構(gòu)。其核心創(chuàng)新在于為每個(gè)量子比特配置獨(dú)立控制通道，將原子囚禁光與尋址光通過同一根單模光纖傳輸，經(jīng)共享光路在真空中聚焦形成光鑷。這種共路設(shè)計(jì)使控制光束與原子陷阱天然空間對(duì)齊，從根源上消除了機(jī)械振動(dòng)或熱漂移導(dǎo)致的光路失準(zhǔn)問題，為穩(wěn)定高效的量子控制提供了物理保障。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在64根光纖構(gòu)成的陣列中，團(tuán)隊(duì)通過10路通道實(shí)現(xiàn)了對(duì)10個(gè)單原子的精準(zhǔn)尋址操控。單個(gè)原子的單比特門操作平均保真度達(dá)99.66%，4個(gè)隨機(jī)選擇的量子比特同時(shí)執(zhí)行任意單比特門操作時(shí)，平均保真度仍保持在99.61%。此外，團(tuán)隊(duì)還成功實(shí)現(xiàn)兩原子間的里德堡態(tài)阻塞，為高保真兩比特門的研發(fā)奠定了重要基礎(chǔ)。該架構(gòu)具備靈活擴(kuò)展?jié)摿?，未來可通過復(fù)制通道直接擴(kuò)容，或結(jié)合3維光波導(dǎo)陣列與集成光子芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)展，為大規(guī)?？煽貑卧雨嚵辛孔佑?jì)算提供了全新技術(shù)路徑。