C114訊 11月18日消息（南山）近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院（以下稱“精密測量院”）在原子量子計算領域取得兩項重要進展。

一是牽頭湖北省科技廳“尖刀”技術攻關項目“原子量子計算機的研發與應用”，發布國內首臺冷原子商用量子計算機（無糾錯型）——“漢原1號”，具備國產化的核心器件、無需低溫環境的部署優勢及國際一流性能；二是提出并實驗證明了一種基于光纖陣列的原子量子計算新架構，為構建中性原子量子計算機提供了新途徑，該項成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

量子計算當前已成為科技領域的研究熱點，技術路線則有超導、光量子、中性原子、離子阱等，處于并行不悖的發展狀態。那么，上述新架構的提出，對中性原子量子計算發展有何啟迪？日前，精密測量院精密測量物理研究部副主任許鵬研究員接受量子大觀采訪，對該項成果進行了解讀。

一原子一通道的新方案

中性單原子陣列因為可擴展、高保真門操作、相干時間長、連接可重構，被普遍視為最有希望邁向大規模、容錯量子計算的平臺之一。挑戰也同樣明顯，尤其是操控精度要求極高，需復雜激光系統實現單原子尋址并抑制串擾。

現在做法主要有兩種：一是“原子找激光”，把原子在不同功能區之間“穿梭”來實現操作。優點是連接靈活、并行度高；缺點是移動會帶來空檔時間與加熱，復雜運算易被拖慢。二是“激光找原子”，用聲光器件（AOD）快速轉動強聚焦光束，輪流照射不同原子。優點是速度快；但要同時操作許多原子就吃力，而且長期精準對準不容易。

該項研究提出給每個量子比特配一條獨立光纖控制通道，負責“抓住原子”的囚禁光和負責“操作原子”的尋址光同路，天然對準、互不打擾。在原型系統中，團隊在光纖陣列形成的光阱里穩定囚禁了10個單原子，并且首次在二維原子陣列中展示了高保真的“任意單比特門”并行操控。

光纖陣列架構原子量子計算的基本原理和實驗裝置圖

可以直觀聯想到，該架構可以通過復制通道來擴大規模，從而實現大規模量子比特操控。那么，到底是多大？許鵬研究員表示，隨著系統擴展，團隊也在考慮采用經典光通信技術，例如波分復用，光波導，減少激光資源消耗的同時操控更多量子比特。且該架構兼容集成光子芯片，當前來看，實現“幾千個”通道在現有技術條件下是可以達到的。

當然，這個過程中會涉及到相當復雜的資源分配，需要進一步研究。如果要達到上萬個乃至更多量子比特，還需要在這一架構基礎上做更多工作和提出新方法，以及呼喚更高水平的片上光學技術。這需要整合業界更多的力量才能實現。科研團隊也將尋求集成光子領域的機構和團隊合作，驗證新架構的原子操控能力“上限”。

底層創新的大膽嘗試

相比超導和光量子等熱門技術路線，中性原子較為低調，但近兩年發展快速，國內外包括精密測量院在內取得多個重要研究成果，吸引了更多關注。在資本層面，據了解原子量子計算企業中科酷原今年完成了A+輪融資，另有多家初創企業完成了種子輪融資。

在許鵬研究員看來，相比之前的諸多突破，基于光纖陣列的原子量子計算新架構是底層架構層面的創新，是對原子量子計算發展方向的一次大膽嘗試。對于推動原子量子計算從現階段邁向未來的容錯量子計算，提出了新的思路，具有重要價值。

許鵬研究員表示，原子量子體系存在一個重大問題，是單個邏輯比特很難進行深度糾錯，這個障礙關鍵在于底層架構，精密測量院已經走出了重要一步，接下來還將沿著這條路徑一步步推動原子量子體系發展。

這項成果的后續研究不局限在實驗室。許鵬研究員表示，科研和產業需相互促進，后續會通過產業落地，例如考慮在“漢原”系列量子計算機的開發中引入，推動新架構的價值實現，并基于產品性能和用戶反饋，反哺科學研究。

在量子大觀看來，AI時代需求海量的算力，量子計算作為最新型的計算技術，已經與AI產生交集，并有望在未來幾十年扮演相當重要的角色。精密測量院對原子量子計算的研究成果，有助于推動這一技術路線走出更多可能性，吸引國內外更多科研機構投身其中，帶動更多原子量子新技術涌現。