中國科學技術大學構建國際最大規模原子量子計算系統

中國教育報-中國教育新聞網訊（記者 方夢宇）記者近日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉、陸朝陽教授等與上海量子科學研究中心/上海人工智能實驗室鐘翰森研究員等同事合作，利用人工智能技術，實現了高度的并行性以及與陣列規模無關的常數時間消耗，在60毫秒內成功構建了多達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模的世界紀錄。該方法為大規模中性原子量子計算奠定了關鍵技術基礎。相關研究成果于8月9日以“編輯推薦”的形式發表在國際學術期刊《物理評論快報》上，并被美國物理學會《物理》期刊作為研究亮點專門報道。

中性原子體系因優異的擴展性、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將初始隨機填充的原子陣列轉換成無缺陷原子陣列，在此基礎上進行量子邏輯門操作。傳統的重排方法受限于隨陣列規模增長的時間復雜度、原子丟失、計算速度等，陣列規模停留在幾百個原子的水平，難以進一步擴展。

為攻克該難題，研究團隊創新性地研發人工智能技術，實時驅動高速空間光調制器進行動態刷新，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型重排，實現了高達2024個原子的無缺陷陣列，總耗時僅為60毫秒。隨著原子陣列規模增大，該重排方法耗時保持不變，因此未來可以直接應用于數萬原子規模的無缺陷陣列重排。

目前，該系統單比特門保真度達99.97%，雙比特門保真度達99.5%，探測保真度達99.92%，已追平以美國哈佛大學為代表的國際最高水平，為構建基于中性原子陣列的容錯通用量子計算機奠定了技術基礎。