????近日，精密測(cè)量院詹明生、許鵬團(tuán)隊(duì)在中性原子量子計(jì)算領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出并在實(shí)驗(yàn)上演示了一種基于光纖陣列的中性原子量子計(jì)算新架構(gòu)，解決了原子量子計(jì)算難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高并行、高速率和高穩(wěn)定性尋址操控的難題。相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上，標(biāo)志著我國(guó)在量子計(jì)算基礎(chǔ)研究與核心器件開發(fā)方面取得了重要進(jìn)展。?

????中性原子量子計(jì)算路線憑借優(yōu)異的可擴(kuò)展性、高保真度門操控、長(zhǎng)相干時(shí)間以及可重構(gòu)連接，已成為量子計(jì)算硬件的優(yōu)勢(shì)路線之一。與經(jīng)典計(jì)算相似，尋址能力決定可編程性。因此，高質(zhì)量的尋址操控不僅是運(yùn)行各種量子算法推動(dòng)量子計(jì)算應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)通用、容錯(cuò)量子計(jì)算的基石。在中性原子量子計(jì)算路線中，現(xiàn)有的尋址方案還無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高并行、高速率、高穩(wěn)定性的尋址操控。

????目前中性原子量子計(jì)算的尋址方案可以分為兩種，第一種是“原子找激光”（原子穿梭）方案，通過(guò)原子在不同功能區(qū)的相干轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)尋址，便于并行操作和非局域連接，但跨阱移動(dòng)會(huì)顯著增加量子門之間的閑置時(shí)間并引入原子加熱，不利于深層操作；第二種是“激光找原子”（光束掃描）方案，利用聲光偏轉(zhuǎn)控制強(qiáng)聚焦的尋址光，可將閑置時(shí)間壓至微秒量級(jí)，但并行尋址能力受限，且在長(zhǎng)期精準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)與指向漂移控制方面存在技術(shù)挑戰(zhàn)。

光纖陣列架構(gòu)原子量子計(jì)算的基本原理和實(shí)驗(yàn)裝置圖

????面對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，設(shè)計(jì)出全新的光纖陣列架構(gòu)。該架構(gòu)的核心在于，為每個(gè)量子比特配置一條完全獨(dú)立的控制通道，將每個(gè)原子比特的囚禁光和尋址光通過(guò)同一根單模光纖傳輸，并經(jīng)由共享光路在真空中聚焦形成光鑷。這種共路設(shè)計(jì)使得控制光束與原子陷阱在空間上天然對(duì)齊，從根本上消除了因機(jī)械振動(dòng)或熱漂移導(dǎo)致的光路失準(zhǔn)問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、獨(dú)立的量子控制提供了物理保障。實(shí)驗(yàn)上，研究團(tuán)隊(duì)在64根光纖構(gòu)成的陣列中，用其中10路演示了對(duì)10個(gè)單原子的尋址操控，其中每個(gè)原子的單比特門操作的平均保真度達(dá)到了 0.9966（3），4個(gè)隨機(jī)選擇的量子比特同時(shí)執(zhí)行任意單比特門操作時(shí)，平均保真度依然可以達(dá)到 0.9961（4）。團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了兩原子間的里德堡態(tài)阻塞，為實(shí)現(xiàn)高保真兩比特門奠定了物理基礎(chǔ)。該架構(gòu)未來(lái)可通過(guò)復(fù)制通道直接擴(kuò)展，也可以采用3維光波導(dǎo)陣列與集成光子芯片技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，為基于大規(guī)?？煽貑卧雨嚵辛孔佑?jì)算提供全新的路徑。

????與正文一道發(fā)表的匿名審稿人評(píng)審意見高度評(píng)價(jià)：“這是一項(xiàng)出色的工作，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模中性原子量子計(jì)算提供了一種極具前景的全新架構(gòu)，該研究對(duì)量子計(jì)算領(lǐng)域具有重要而直接的貢獻(xiàn)，同時(shí)也將對(duì)量子模擬、光與物質(zhì)相互作用以及量子信息科學(xué)的研究產(chǎn)生廣泛影響”。

????在發(fā)表的文章中，精密測(cè)量院助理研究員李瀟為論文第一作者，研究員詹明生、許鵬為共同通訊作者。

????該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技創(chuàng)新2030“量子通信與量子計(jì)算機(jī)”重大項(xiàng)目、湖北省“尖刀”技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目等的資助。

????論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-64738-8?????????