中性原子量子计算成果入选《物理》2025年国际物理学重大进展

12月15日，美国物理学会《物理》杂志公布2025年国际物理学领域九项重大进展，中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与上海人工智能实验室钟翰森等合作完成的中性原子量子计算成果——高速原子重排实验入选。

中性原子体系因优异的扩展性、高保真度量子门、高并行性和任意的连接性，成为极具潜力的量子计算和量子模拟平台。该体系使用光镊阵列囚禁中性原子，首先需要通过重排技术将初始随机填充的原子阵列转换成无缺陷原子阵列，在此基础上进行量子逻辑门操作。传统的重排方法受限于随阵列规模增长的时间复杂度、原子丢失、计算速度等，阵列规模停留在几百个原子的水平，难以进一步扩展。

研究团队构建了原子量子计算系统，实现了高度的并行性以及与阵列规模无关的常数时间消耗，在60毫秒内成功构建出多达2024个原子的无缺陷二维和三维原子阵列，创造了当时中性原子体系无缺陷原子阵列规模的世界纪录。这一成果被《物理》杂志作为研究亮点专门报道。

目前，该系统单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度达99.84%，探测保真度达99.92%，关键指标达到国际领先水平，为构建基于中性原子阵列的容错通用量子计算机奠定了技术基础。

审稿人认为这一工作“通过组装2024个原子的阵列创造了新的纪录”“标志着原子相关量子物理领域在计算效率和实验可行性方面的一次重大飞跃”“是一种创新的方法，具有明确且实用的优势，对于原子阵列实验这一庞大且不断发展的研究群体将具有重要吸引力”。

《物理》杂志网站介绍，科研团队为直观展示这种可快速重组数千原子的新系统，以549个原子作为可移动像素，制作了薛定谔猫思想实验的卡通视频，展示了铷原子在光镊陷阱阵列中以创纪录的速度被新开发的AI系统移动重组、连续形成不同图像的过程。这一创新演示不仅高居《物理》杂志网站2025年度浏览量榜首，更标志着高速的原子重排技术，对未来基于原子的量子计算机而言至关重要。

美国物理学会公布2025年国际物理学重大进展

《物理》杂志网站报道：

https://physics.aps.org/articles/v18/191

来源：中国科学技术大学

责任编辑：侯茜