“光鑷”技術構建出最大量子比特陣列

科技日報記者 劉霞

美國加州理工學院科學家在新一期《自然》雜誌發表論文稱，他們利用高度聚焦的激光束——“光鑷”技術，控制了6100個超冷中性銫原子，構建出目前規模最大的量子比特陣列。專家指出，這一突破錶明中性原子量子計算機具備大規模擴展潛力，但距離實現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，與傳統計算機中的比特有本質區別。傳統比特只能表示0或1中的一種狀態，而量子比特可同時處於0和1的疊加態，藉助量子糾纏實現並行計算，從而在解決特定問題上實現指數級加速。

目前，全球量子計算技術路線多樣，包括超導、光量子、離子阱、半導體量子點及中性原子等。本研究採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。

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

實驗顯示，在規模大幅擴展的同時，量子比特質量並未下降：其疊加狀態可持續約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，研究團隊實現了在陣列中將原子移動數百微米而保持量子態穩定。這種可移動的量子比特是中性原子平台的優勢之一，有助於更靈活地實現量子糾錯。由於量子比特易受噪聲干擾，糾錯技術是規模化量子計算的關鍵挑戰。

研究團隊計劃下一步實現數千個物理量子比特的糾纏，以探索新物態、設計新材料，乃至模擬量子引力場等前沿科學問題。他們還希望在數千個物理量子比特的規模上實現量子糾錯，以證明中性原子具有構建實用量子計算機的強大潛力。

總編輯圈點

量子計算領域正如一場“羣雄逐鹿”的競賽，有多種不同技術路線參與競逐。目前，超導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。總體來看，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、更多的量子比特數和更強的糾錯能力等，最終目標都是構建出性能強大的量子計算機。未來，或許會出現融合多種優勢的混合方案。