新民晚報(bào)訊 （記者 易蓉）不到60毫秒就能成功構(gòu)建多達(dá)2024個(gè)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。記者昨天獲悉，上海量子科學(xué)研究中心（合肥實(shí)驗(yàn)室上海基地）、上海人工智能實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，利用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高度并行性以及與陣列規(guī)模無關(guān)的常數(shù)時(shí)間消耗，高效實(shí)現(xiàn)中性原子體系無缺陷原子規(guī)模陣列。

該實(shí)驗(yàn)在上海首次構(gòu)建成功，為大規(guī)模中性原子量子計(jì)算奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于2025年8月9日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被美國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理》作為研究亮點(diǎn)專門報(bào)道。

中性原子體系因優(yōu)異的擴(kuò)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(jì)算和量子模擬平臺(tái)，吸引了全球科學(xué)家的關(guān)注。在這一領(lǐng)域，通常使用光鑷陣列囚禁中性原子，通過重排技術(shù)將初始隨機(jī)填充的原子陣列轉(zhuǎn)換成無缺陷原子陣列。“傳統(tǒng)方式只能挪動(dòng)逐個(gè)或幾個(gè)原子，但是隨著陣列規(guī)模增大，效率就成為了阻礙?！鄙虾Ｈ斯ぶ悄軐?shí)驗(yàn)室青年科學(xué)家、上海創(chuàng)智學(xué)院全時(shí)導(dǎo)師鐘翰森解釋，受限于隨陣列規(guī)模增長(zhǎng)的時(shí)間復(fù)雜度、原子丟失、計(jì)算速度等，陣列規(guī)模停留在幾百個(gè)原子的水平，難以進(jìn)一步擴(kuò)展。

如果無法高效獲得無缺陷原子陣列，等于無法完成量子計(jì)算的初始化，何談未來。既然一次一次排太慢，索性集體重排，同步移動(dòng)。在上海人工智能實(shí)驗(yàn)室，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地研發(fā)人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)高速空間光調(diào)制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，通過對(duì)光鑷陣列位置和相位的精確控制，同時(shí)移動(dòng)所有原子。

研究團(tuán)隊(duì)演示了二維和三維原子陣列的任意構(gòu)型重排，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2024個(gè)原子的無缺陷陣列，總耗時(shí)僅為60毫秒。值得一提的是，隨著原子陣列規(guī)模增大，該重排方法耗時(shí)保持不變，因此未來可直接應(yīng)用于數(shù)萬原子規(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(cè)保真度達(dá)99.92%，已追平以美國(guó)哈佛大學(xué)為代表的國(guó)際最高水平，為構(gòu)建基于中性原子陣列的容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

研究成果發(fā)布后，也引起國(guó)際同行的熱切關(guān)注。審稿人認(rèn)為這一工作“標(biāo)志著原子相關(guān)量子物理領(lǐng)域在計(jì)算效率和實(shí)驗(yàn)可行性方面的一次重大飛躍”，“是一種創(chuàng)新的方法，具有明確且實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于原子陣列實(shí)驗(yàn)這一龐大且不斷發(fā)展的研究群體將具有重要吸引力”。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，該成果是中性原子量子計(jì)算的核心技術(shù)和部件，未來隨著量子計(jì)算這一路線的發(fā)展，這項(xiàng)“源自中國(guó)”的技術(shù)能成為一個(gè)里程碑。