美国与瑞士联合研究团队实现3000中性原子量子比特系统的持续运行
近期，哈佛年夜学、麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院构成的结合研究团队展示了一种可以或许连续运转凌驾2小时的3000量子比特体系架构。该事情的焦点上风正在于高速度的量子比特增补才能：正在没有举行原子重排时，每一秒可天生凌驾30,000个已初始化的量子比特；正在履行原子重排以构建完好陷阵列时，每一秒可供给高达15,000个量子比特，而且正在整个重排的历程中，可以或许有用坚持阵列中其余存储量子比特的量子相关性。该研究经由过程完成年夜范围量子比特阵列的连续相关运转，降服了中性原子量子体系中因原子迷失而招致的操作间断瓶颈，为完成年夜范围容错量子计较机、高精度原子钟、量子传感器以及量子收集摊平了门路。相干研究论文于9月15日正在以“Continuous operation of a coherent 3000-qubit system”（3000量子比特相关体系的持续运转）为题颁发正在国际学术期刊《天然》（Nature）上。© Nature基于中性原子的量子体系正在量子计较以及紧密丈量等范畴领有伟大后劲，但恒久以来面对一个焦点瓶颈：作为量子比特的原子会不成防止地迷失，这迫使现有体系年夜多只能低效地“脉冲式”运转，即计较半晌就必需
近期，哈佛年夜学、麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院构成的结合研究团队展示了一种可以或许连续运转凌驾2小时的3000量子比特体系架构。该事情的焦点上风正在于高速度的量子比特增补才能：正在没有举行原子重排时，每一秒可天生凌驾30,000个已初始化的量子比特；正在履行原子重排以构建完好陷阵列时，每一秒可供给高达15,000个量子比特，而且正在整个重排的历程中，可以或许有用坚持阵列中其余存储量子比特的量子相关性。该研究经由过程完成年夜范围量子比特阵列的连续相关运转，降服了中性原子量子体系中因原子迷失而招致的操作间断瓶颈，为完成年夜范围容错量子计较机、高精度原子钟、量子传感器以及量子收集摊平了门路。
相干研究论文于9月15日正在以“Continuous operation of a coherent 3000-qubit system”（3000量子比特相关体系的持续运转）为题颁发正在国际学术期刊《天然》（Nature）上。
© Nature
基于中性原子的量子体系正在量子计较以及紧密丈量等范畴领有伟大后劲，但恒久以来面对一个焦点瓶颈：作为量子比特的原子会不成防止地迷失，这迫使现有体系年夜多只能低效地“脉冲式”运转，即计较半晌就必需间断以增补原子，紧张限定了量子算法的深度以及庞大度。为了完成可以或许改正本身不对的“容错”量子计较或更精准的原子钟，必需开收回能“持续操作”的体系，正在没有滋扰计较的同时高速增补丧失的原子。
为解决此难题，研究团队设计并完成了一套立异的试验架构 。该体系应用两条光晶格“传送带”，将原子从捕捉区域长间隔保送到自力的“迷信区域”，造成一个可随时增补的“原子蓄池塘”。这类设计巧妙地将发生原子时的强光噪声与举行紧密操作的区域物理断绝。迷信区域被分别为“筹办区”以及“存储区”：筹办区卖力从蓄池塘中抓取新原子，并疾速实现冷却、摆列以及初始化等一系列筹办事情；筹办好的量子比特随后被运送到范围更年夜的存储区。为了正在增补新原子时维护存储区中已有量子比特的懦弱状况，研究职员还采纳了一种“屏蔽”技能，经由过程特定的激光照射，使存储区的原子瞄准备历程中的散射光“免疫”，从而正在高强度的“热插拔”操作中坚持量子相关性。
图注：a: 试验的全体架构；b: 从单个固定的原子蓄池塘中反复提取原子时累积得到的原子总数；c: 持续改换原子蓄池塘可完成高通量连续操作
图注：正在坚持存储量子比特相关性的同时举行持续重载
该架构取患了一系列冲破性结果。体系可以或许以每一秒凌驾30,000个的高速度天生初始化终了的量子比特。研究职员胜利组装了一个凌驾3,000个原子的阵列，并经由过程持续增补技能，将其波动维持了凌驾两个小时，远超单个原子约一分钟的天然寿命。最要害的是，试验证实正在高速增补新原子的同时，存储区中已有量子比特的相关性获得了有用坚持，无论是简略的自旋极化态照旧庞大的相关叠加态，都能正在连续的增补轮回中患上以维持。
图注：没有同前提下的量子比特退极化
图注：持续重载下的相关性
这项事情胜利将中性原子平台从传统的脉冲模式推向了持续操作的新时代，此外，该技能经由过程消弭操作“逝世时间”，无望显著晋升原子钟以及量子传感器的精度，并加快量子收集的构建。
不外，该事情仍存正在初始构建年夜范围原子阵列时速率较慢的错误谬误（实现包括3000个原子阵列的初始化需求约500毫秒），若原子数目增长将会耗损更多的时间。与之相比，我国研究职员此前哄骗人工智能帮助完成了凌驾2000个原子完好陷阵列，仅需60毫秒的组装时间，且这一时间基本恒定，没有随原子数目的增长而增加。
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