“光镊”技术构建出最大量子比特阵列

科技日报记者 刘霞

美国加州理工学院科学家在新一期《自然》杂志发表论文称，他们利用高度聚焦的激光束——“光镊”技术，控制了6100个超冷中性铯原子，构建出目前规模最大的量子比特阵列。专家指出，这一突破表明中性原子量子计算机具备大规模扩展潜力，但距离实现成熟可用的量子计算机仍有很长的路要走。

量子比特是量子计算的基本单元，与传统计算机中的比特有本质区别。传统比特只能表示0或1中的一种状态，而量子比特可同时处于0和1的叠加态，借助量子纠缠实现并行计算，从而在解决特定问题上实现指数级加速。

目前，全球量子计算技术路线多样，包括超导、光量子、离子阱、半导体量子点及中性原子等。本研究采用的正是在真空中用“光镊”捕获中性原子作为量子比特的技术。

研究团队将激光束分割为12000个高度聚焦的“光镊”，在真空腔内捕获了6100个铯原子，排列成规整阵列，构建出迄今最大量子比特阵列——此前纪录为包含1180个中性原子的量子比特阵列。

实验显示，在规模大幅扩展的同时，量子比特质量并未下降：其叠加状态可持续约13秒，比以往类似阵列延长近10倍，单量子比特操控精度达99.98%。

值得一提的是，研究团队实现了在阵列中将原子移动数百微米而保持量子态稳定。这种可移动的量子比特是中性原子平台的优势之一，有助于更灵活地实现量子纠错。由于量子比特易受噪声干扰，纠错技术是规模化量子计算的关键挑战。

研究团队计划下一步实现数千个物理量子比特的纠缠，以探索新物态、设计新材料，乃至模拟量子引力场等前沿科学问题。他们还希望在数千个物理量子比特的规模上实现量子纠错，以证明中性原子具有构建实用量子计算机的强大潜力。

总编辑圈点

量子计算领域正如一场“群雄逐鹿”的竞赛，有多种不同技术路线参与竞逐。目前，超导和离子阱量子计算在这场竞赛中最受瞩目，被寄予厚望。此外，光量子、半导体量子点以及中性原子量子计算，为建造量子计算机提供了不同思路。总体来看，每条路线都各有利弊。它们好比不同流派的“武林高手”，都在追求更高的计算精度、更多的量子比特数和更强的纠错能力等，最终目标都是构建出性能强大的量子计算机。未来，或许会出现融合多种优势的混合方案。