中国科学院建成全球最大规模原子量子计算系统

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，利用人工智能技术成功构建了目前规模最大的原子量子计算系统。研究团队在60毫秒内实现了多达2024个原子的无缺陷二维和三维原子阵列，刷新了中性原子体系中无缺陷阵列规模的世界纪录。 中性原子体系因具备优异的可扩展性、高保真度量子门操作、高并行性以及任意连接能力，被视为极具前景的量子计算与量子模拟平台。其核心是利用光镊阵列囚禁中性原子，但初始原子阵列通常为随机分布，需通过“重排”技术转化为无缺陷阵列，才能开展量子逻辑门操作。传统重排方法受限于时间复杂度随规模增长、原子丢失率高、速度慢等问题，长期难以突破数百原子的规模。 为突破瓶颈，研究团队创新性地引入人工智能技术，实时驱动高速空间光调制器动态刷新光镊阵列，精确控制光镊的位置与相位，实现所有原子的同步移动。该方法在原子数量增加时仍保持恒定的60毫秒耗时，具备与阵列规模无关的常数时间特性，为未来实现数万原子规模的无缺陷阵列重排提供了可能。 实验结果表明，该系统在2024个原子的阵列中实现了高精度操作：单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度达99.5%，探测保真度达99.92%，已达到国际领先水平。该成果为构建容错通用量子计算机奠定了关键技术基础。 相关研究于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》期刊作为研究亮点报道。审稿人评价称，该工作“创造了2024个原子阵列的新纪录”，“标志着原子量子计算在效率与可行性上的重大飞跃”。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。