我國構(gòu)建世界最大規(guī)模原子量子計算系統(tǒng)

科技日報2025年8月12日報道，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士、陸朝陽教授等與上海量子科學(xué)研究中心/上海人工智能試驗室鐘翰森研究員等團隊合作，利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了高度的并行性以及與陣列規(guī)模無關(guān)的常數(shù)時間消耗，在60毫秒內(nèi)成功構(gòu)建了多達(dá)2024個原子的無缺陷二維和三維原子陣列，刷新了中性原子體系無缺陷原子陣列規(guī)模的世界紀(jì)錄。該方法為大規(guī)模中性原子量子計算奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理評論快報》上，并被美國物理學(xué)會《物理》期刊作為研究亮點專門報道。

中性原子體系因優(yōu)異的擴展性、高保真度量子門、高并行性和任意的連接性，成為極具潛力的量子計算和量子模擬平臺。該體系使用光鑷陣列囚禁中性原子，首先需要通過重排技術(shù)將初始隨機填充的原子陣列轉(zhuǎn)換成無缺陷原子陣列，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行量子邏輯門操作。傳統(tǒng)的重排方法受限于隨陣列規(guī)模增長的時間復(fù)雜度、原子丟失、計算速度等，陣列規(guī)模停留在幾百個原子的水平，難以進(jìn)一步擴展。

為攻克該難題，研究團隊創(chuàng)新性地研發(fā)人工智能技術(shù)，實時驅(qū)動高速空間光調(diào)制器進(jìn)行動態(tài)刷新，通過對光鑷陣列位置和相位的精確控制，同時移動所有原子。在該工作中，研究團隊演示了二維和三維原子陣列的任意構(gòu)型重排，實現(xiàn)了高達(dá)2024個原子的無缺陷陣列，總耗時僅為60毫秒。隨著原子陣列規(guī)模增大，該重排方法耗時保持不變，未來可以直接應(yīng)用于數(shù)方原子規(guī)模的無缺陷陣列重排。目前，該系統(tǒng)單比特門保真度達(dá) 99.97% ，雙比特門保真度達(dá)99.5% ，探測保真度達(dá) 99.92% ，已追平以美國哈佛大學(xué)為代表的國際最高水平，為構(gòu)建基于中性原子陣列的容錯通用量子計算機奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（2025年8月12日吳長鋒科技日報）

（欄目編輯：陳萌萌）