我國原子量子計算刷新世界紀錄

新民晚報訊 （記者 易蓉）不到60毫秒就能成功構建多達2024個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模的世界紀錄。記者昨天獲悉，上海量子科學研究中心（合肥實驗室上海基地）、上海人工智能實驗室、中國科學技術大學聯合團隊，利用人工智能技術，實現了高度并行性以及與陣列規模無關的常數時間消耗，高效實現中性原子體系無缺陷原子規模陣列。

該實驗在上海首次構建成功，為大規模中性原子量子計算奠定了關鍵技術基礎。相關研究成果于2025年8月9日以“編輯推薦”的形式發表在國際學術期刊《物理評論快報》上，并被美國物理學會《物理》作為研究亮點專門報道。

中性原子體系因優異的擴展性、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算和量子模擬平臺，吸引了全球科學家的關注。在這一領域，通常使用光鑷陣列囚禁中性原子，通過重排技術將初始隨機填充的原子陣列轉換成無缺陷原子陣列。“傳統方式只能挪動逐個或幾個原子，但是隨著陣列規模增大，效率就成為了阻礙。”上海人工智能實驗室青年科學家、上海創智學院全時導師鐘翰森解釋，受限于隨陣列規模增長的時間復雜度、原子丟失、計算速度等，陣列規模停留在幾百個原子的水平，難以進一步擴展。

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。在上海人工智能實驗室，研究團隊創新性地研發人工智能技術，實時驅動高速空間光調制器進行動態刷新，通過對光鑷陣列位置和相位的精確控制，同時移動所有原子。

研究團隊演示了二維和三維原子陣列的任意構型重排，實現了高達2024個原子的無缺陷陣列，總耗時僅為60毫秒。值得一提的是，隨著原子陣列規模增大，該重排方法耗時保持不變，因此未來可直接應用于數萬原子規模的無缺陷陣列重排。

目前，該系統單比特門保真度達99.97%，雙比特門保真度達99.5%，探測保真度達99.92%，已追平以美國哈佛大學為代表的國際最高水平，為構建基于中性原子陣列的容錯通用量子計算機奠定了技術基礎。

研究成果發布后，也引起國際同行的熱切關注。審稿人認為這一工作“標志著原子相關量子物理領域在計算效率和實驗可行性方面的一次重大飛躍”，“是一種創新的方法，具有明確且實用的優勢，對于原子陣列實驗這一龐大且不斷發展的研究群體將具有重要吸引力”。

研究團隊認為，該成果是中性原子量子計算的核心技術和部件，未來隨著量子計算這一路線的發展，這項“源自中國”的技術能成為一個里程碑。