中国科学家构建全球最大规模无缺陷原子量子计算系统

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳团队与上海量子科学研究中心、上海人工智能实验室钟翰森等合作，成功构建目前规模最大的无缺陷原子量子计算系统，实现了2024个中性原子的二维与三维阵列高精度重排，耗时仅60毫秒，刷新了中性原子体系的原子阵列规模世界纪录。这一突破性成果为实现大规模容错通用量子计算机奠定了关键技术基础。 中性原子体系因其出色的可扩展性、高保真度量子门操作、高并行性以及灵活的连接结构，被视为未来量子计算的重要候选平台之一。该体系依赖光镊阵列捕获并操控中性原子，但其关键挑战在于如何将初始随机分布的原子高效、无缺陷地重构为规则排列的阵列，以支持后续的量子逻辑运算。传统重排方法受限于时间复杂度随原子数量增长而急剧上升、原子丢失率高、计算速度慢等问题，长期难以突破数百原子的规模。 为解决这一瓶颈，研究团队创新性地引入人工智能技术，结合高速空间光调制器，实现对光镊阵列位置与相位的实时动态调控。通过智能算法精确规划原子移动路径，系统可在毫秒级时间内同步操控全部原子，完成任意构型的重排。该方法具有与阵列规模无关的常数时间消耗特性，意味着未来可直接扩展至数万原子规模，而无需牺牲效率。 实验结果显示，该系统成功构建了2024个原子的无缺陷二维与三维阵列，重排过程稳定高效。同时，系统性能达到国际领先水平：单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度为99.5%，原子探测保真度高达99.92%，均已接近当前国际最优水平。这些指标为后续实现量子纠错与通用量子计算提供了坚实保障。 该研究成果于2024年8月9日以“编辑推荐”形式发表于《物理评论快报》（PRL），并被美国物理学会《物理》期刊选为研究亮点。审稿人高度评价称，该工作“创造了2024个原子阵列的全新纪录”，并标志着原子量子系统在计算效率与实验可行性方面实现“重大飞跃”。 研究获得科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、安徽省及上海市等多方支持。该成果不仅推动了中性原子量子计算的发展，也为未来构建大规模、高可靠性的量子处理器提供了可复制、可扩展的技术路径。