中性原子体系迈向可扩展通用量子计算机

哈佛大学和威斯康星大学麦迪逊分校的两个研究团队分别展示了如何在中性原子体系构建多量子比特量子电路，这是在中性原子体系上实现实用、可扩展量子计算机的关键一步。两篇论文于4月20日发表在《自然》杂志上。中性原子平台以冷原子为基础，冷原子通过使用激光创建的单个陷阱保持在一个阵列中。这些原子可以被聚焦的激光束（光镊）操纵，从而将它们重新排列成所需的几何形状。原子之间的间距通常为微米，因此包含数百个原子的阵列宽度可能小于50微米，可以产生的陷阱数量仅受可用激光功率的限制。研究人员通常使用原子的高激发态（里德堡态）来执行逻辑门操作。当一个原子处于里德堡态时，它的一个电子被激发到一个高能级，并且在物理上远离带正电的原子核。这种分离产生了一个大的偶极矩，就像一个小的条形磁铁，它的作用是使两个里德堡原子相互作用非常强烈，这意味着可以快速执行门操作。然而，里德堡态的寿命非常短，通常为数百微秒，这使得以前的实验中相干时间仅限于几微秒。通过使用里德堡态作为在低能态之间创建纠缠的管道，两个小组都能够构建基于激光的门，可以执行快速门操作并实现较长的相干时间。特别是，哈佛大学的研究团队使用了核磁共振研究中开