我科学家在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要进展

光明日报北京6月19日电（记者齐芳、常河）量子计算机的研制是近年来各国激烈竞争的科学和技术高地，在不同的实现路径中，我国科学家在超冷原子量子计算和模拟中取得了领先。18日，中国科学院宣布，中国科学技术大学潘建伟、苑震生等在超冷原子量子计算和模拟研究中取得重要进展——在理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上，在光晶格中首次实现了1250对原子高保真度纠缠态的同步制备，为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。这一成果19日在线发表于学术期刊《科学》上。

潘建伟介绍，量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算的能力将随纠缠比特数目的增长呈指数增长。因而，大规模纠缠态的制备、测量和相干操控是该研究领域的核心问题。而解决这个核心问题的首要条件，就是同步制备高品质纠缠粒子对。超冷原子是利用冷却手段将原子制备到接近绝对零度的状态，利用其在低温状态下表现出的量子力学特性，实现规模化量子纠缠。光晶格是对超冷原子的一种操纵方法。潘建伟说：“在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格超冷原子比特和超导比特具备良好的可升扩展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先实现规模化量子纠缠的系统。”

自2010年开始，中国科大研究团队与德国海德堡大学合作，对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。

在最新的实验中，团队首次提出了一种新的制冷机制：使用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态冷原子中，通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换，使系统中的热量主要以超流态低能激发的形式存储，再用精确的调控手段将超流态移除，从而获得低熵的完美填充晶格。团队在实验中实现了这一制冷过程，制冷后使系统的熵降低了65倍，达到了创纪录的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基础上，该团队开发了两原子比特高速纠缠门，获得了纠缠保真度为99.3%的1250对纠缠原子。

据介绍，在该研究工作的基础上，研究团队将通过连接多对纠缠原子的方法，制备几十到上百个原子比特的纠缠态，用以开展单向量子计算和复杂强关联多体系统量子模拟研究。

《光明日报》（ 2020年06月20日 04版）