科技日報記者 劉霞

美國加州理工學(xué)院科學(xué)家在新一期《自然》雜志發(fā)表論文稱，他們利用高度聚焦的激光束——“光鑷”技術(shù)，控制了6100個超冷中性銫原子，構(gòu)建出目前規(guī)模最大的量子比特陣列。專家指出，這一突破表明中性原子量子計算機具備大規(guī)模擴展?jié)摿Γ嚯x實現(xiàn)成熟可用的量子計算機仍有很長的路要走。

量子比特是量子計算的基本單元，與傳統(tǒng)計算機中的比特有本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)比特只能表示0或1中的一種狀態(tài)，而量子比特可同時處于0和1的疊加態(tài)，借助量子糾纏實現(xiàn)并行計算，從而在解決特定問題上實現(xiàn)指數(shù)級加速。

目前，全球量子計算技術(shù)路線多樣，包括超導(dǎo)、光量子、離子阱、半導(dǎo)體量子點及中性原子等。本研究采用的正是在真空中用“光鑷”捕獲中性原子作為量子比特的技術(shù)。

研究團隊將激光束分割為12000個高度聚焦的“光鑷”，在真空腔內(nèi)捕獲了6100個銫原子，排列成規(guī)整陣列，構(gòu)建出迄今最大量子比特陣列——此前紀(jì)錄為包含1180個中性原子的量子比特陣列。

實驗顯示，在規(guī)模大幅擴展的同時，量子比特質(zhì)量并未下降：其疊加狀態(tài)可持續(xù)約13秒，比以往類似陣列延長近10倍，單量子比特操控精度達99.98%。

值得一提的是，研究團隊實現(xiàn)了在陣列中將原子移動數(shù)百微米而保持量子態(tài)穩(wěn)定。這種可移動的量子比特是中性原子平臺的優(yōu)勢之一，有助于更靈活地實現(xiàn)量子糾錯。由于量子比特易受噪聲干擾，糾錯技術(shù)是規(guī)模化量子計算的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

研究團隊計劃下一步實現(xiàn)數(shù)千個物理量子比特的糾纏，以探索新物態(tài)、設(shè)計新材料，乃至模擬量子引力場等前沿科學(xué)問題。他們還希望在數(shù)千個物理量子比特的規(guī)模上實現(xiàn)量子糾錯，以證明中性原子具有構(gòu)建實用量子計算機的強大潛力。

總編輯圈點

量子計算領(lǐng)域正如一場“群雄逐鹿”的競賽，有多種不同技術(shù)路線參與競逐。目前，超導(dǎo)和離子阱量子計算在這場競賽中最受矚目，被寄予厚望。此外，光量子、半導(dǎo)體量子點以及中性原子量子計算，為建造量子計算機提供了不同思路?？傮w來看，每條路線都各有利弊。它們好比不同流派的“武林高手”，都在追求更高的計算精度、更多的量子比特數(shù)和更強的糾錯能力等，最終目標(biāo)都是構(gòu)建出性能強大的量子計算機。未來，或許會出現(xiàn)融合多種優(yōu)勢的混合方案。