最大规模原子量子计算系统构建成功

本报合肥8月12日电（记者常河、丁一鸣） 中性原子体系因优异的扩展性、高保真度量子门、高并行性和任意的连接性，成为极具潜力的量子计算和量子模拟平台。中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等与上海量子科学研究中心/上海人工智能实验室研究员钟翰森等合作，利用人工智能技术，刷新了中性原子体系无缺陷原子阵列规模的世界纪录。该成果日前被以“编辑推荐”的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上，并被美国物理学会《物理》期刊作为研究亮点专门报道。该成果为大规模中性原子量子计算奠定了关键技术基础。

中性原子体系在量子计算和量子模拟中虽然有诸多优势，但该体系使用光镊阵列囚禁中性原子，首先需要通过重排技术将初始随机填充的原子阵列转换成无缺陷原子阵列，在此基础上进行量子逻辑门操作。传统的重排方法受限于随阵列规模增长的时间复杂度、原子丢失、计算速度等，阵列规模停留在几百个原子的水平，难以进一步扩展。

为攻克该难题，研究团队创新性地研发人工智能技术，实时驱动高速空间光调制器进行动态刷新，通过对光镊阵列位置和相位的精确控制，同时移动所有原子。在该工作中，研究团队演示了二维和三维原子阵列的任意构型重排，实现了高达2024个原子的无缺陷阵列，总耗时仅为60毫秒。随着原子阵列规模增大，该重排方法耗时保持不变，因此未来可以直接应用于数万原子规模的无缺陷阵列重排。目前，该系统单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度达99.5%，探测保真度达99.92%，已追平国际最高水平，为构建基于中性原子阵列的容错通用量子计算机奠定了技术基础。

“这是原子相关量子物理领域在计算效率和实验可行性方面的一次重大飞跃。”审稿人评价，“这是一种创新的方法，具有明确且实用的优势，对于原子阵列实验这一庞大且不断发展的研究群体将具有重要吸引力。”