11 月 15 日消息，中國科學院精密測量院詹明生、許鵬團隊在中性原子量子計算領域取得重要進展。
該團隊創新性提出並在實驗上演示了一種基於光纖陣列的中性原子量子計算新架構，解決了原子量子計算難以同時實現高並行、高速率和高穩定性尋址操控的難題。
相關成果已於 11 月 4 日發表在《自然-通訊》上，標誌著我國在量子計算基礎研究與核心器件開發方面取得了重要進展。
中性原子量子計算路線憑藉優異的可擴展性、高保真度門操控、長相干時間以及可重構連接，已成為量子計算硬體的優勢路線之一。與經典計算相似，尋址能力決定可編程性。因此，高質量的尋址操控不僅是運行各種量子算法推動量子計算應用的關鍵技術，也是實現通用、容錯量子計算的基石。在中性原子量子計算路線中，現有的尋址方案還無法同時實現高並行、高速率、高穩定性的尋址操控。
目前中性原子量子計算的尋址方案可以分為兩種，第一種是「原子找雷射」（原子穿梭）方案，通過原子在不同功能區的相干轉移實現尋址，便於並行操作和非局域連接，但跨阱移動會顯著增加量子門之間的閒置時間並引入原子加熱，不利於深層操作；第二種是「雷射找原子」（光束掃描）方案，利用聲光偏轉控制強聚焦的尋址光，可將閒置時間壓至微秒量級，但並行尋址能力受限，且在長期精準對準與指向漂移控制方面存在技術挑戰。
面對這些挑戰，研究團隊獨闢蹊徑，設計出全新的光纖陣列架構。該架構的核心在於，為每個量子比特配置一條完全獨立的控制通道，將每個原子比特的囚禁光和尋址光通過同一根單模光纖傳輸，並經由共享光路在真空中聚焦形成光鑷。這種共路設計使得控制光束與原子陷阱在空間上天然對齊，從根本上消除了因機械振動或熱漂移導致的光路失准問題，為實現穩定、獨立的量子控制提供了物理保障。
實驗上，研究團隊在 64 根光纖構成的陣列中，用其中 10 路演示了對 10 個單原子的尋址操控，其中每個原子的單比特門操作的平均保真度達到了 0.9966，4 個隨機選擇的量子比特同時執行任意單比特門操作時，平均保真度依然可以達到 0.9961。團隊還實現了兩原子間的里德堡態阻塞，為實現高保真兩比特門奠定了物理基礎。該架構未來可通過複製通道直接擴展，也可以採用 3 維光波導陣列與集成光子晶片技術進行擴展，為基於大規模可控單原子陣列量子計算提供全新的路徑。
與正文一道發表的匿名審稿人評審意見高度評價：「這是一項出色的工作，為實現大規模中性原子量子計算提供了一種極具前景的全新架構，該研究對量子計算領域具有重要而直接的貢獻，同時也將對量子模擬、光與物質相互作用以及量子信息科學的研究產生廣泛影響」。
