光明日?qǐng)?bào)北京6月19日電（記者齊芳、常河）量子計(jì)算機(jī)的研制是近年來(lái)各國(guó)激烈競(jìng)爭(zhēng)的科學(xué)和技術(shù)高地，在不同的實(shí)現(xiàn)路徑中，我國(guó)科學(xué)家在超冷原子量子計(jì)算和模擬中取得了領(lǐng)先。18日，中國(guó)科學(xué)院宣布，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、苑震生等在超冷原子量子計(jì)算和模擬研究中取得重要進(jìn)展——在理論上提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)原子深度冷卻新機(jī)制的基礎(chǔ)上，在光晶格中首次實(shí)現(xiàn)了1250對(duì)原子高保真度糾纏態(tài)的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規(guī)模化量子計(jì)算與模擬奠定了基礎(chǔ)。這一成果19日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。

潘建偉介紹，量子糾纏是量子計(jì)算的核心資源，量子計(jì)算的能力將隨糾纏比特?cái)?shù)目的增長(zhǎng)呈指數(shù)增長(zhǎng)。因而，大規(guī)模糾纏態(tài)的制備、測(cè)量和相干操控是該研究領(lǐng)域的核心問(wèn)題。而解決這個(gè)核心問(wèn)題的首要條件，就是同步制備高品質(zhì)糾纏粒子對(duì)。超冷原子是利用冷卻手段將原子制備到接近絕對(duì)零度的狀態(tài)，利用其在低溫狀態(tài)下表現(xiàn)出的量子力學(xué)特性，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子糾纏。光晶格是對(duì)超冷原子的一種操縱方法。潘建偉說(shuō)：“在實(shí)現(xiàn)量子比特的眾多物理體系中，光晶格超冷原子比特和超導(dǎo)比特具備良好的可升擴(kuò)展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量子糾纏的系統(tǒng)?！?/p>

自2010年開(kāi)始，中國(guó)科大研究團(tuán)隊(duì)與德國(guó)海德堡大學(xué)合作，對(duì)基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息處理展開(kāi)聯(lián)合攻關(guān)。

在最新的實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)首次提出了一種新的制冷機(jī)制：使用交錯(cuò)式晶格結(jié)構(gòu)將處在絕緣態(tài)的冷原子浸泡到超流態(tài)冷原子中，通過(guò)絕緣態(tài)和超流態(tài)之間高效率的原子和熵的交換，使系統(tǒng)中的熱量主要以超流態(tài)低能激發(fā)的形式存儲(chǔ)，再用精確的調(diào)控手段將超流態(tài)移除，從而獲得低熵的完美填充晶格。團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了這一制冷過(guò)程，制冷后使系統(tǒng)的熵降低了65倍，達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩原子比特高速糾纏門(mén)，獲得了糾纏保真度為99.3%的1250對(duì)糾纏原子。

據(jù)介紹，在該研究工作的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將通過(guò)連接多對(duì)糾纏原子的方法，制備幾十到上百個(gè)原子比特的糾纏態(tài)，用以開(kāi)展單向量子計(jì)算和復(fù)雜強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)量子模擬研究。

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2020年06月20日 04版）

[ 責(zé)編：叢芳瑤 ]

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