中性原子量子計算路線，憑借可擴展性、高保真度門操控、長相干時間以及可重構連接，成為量子計算硬件的優勢路線之一。與經典計算相似，尋址能力決定可編程性。因此，高質量的尋址操控，是運行各種量子算法、推動量子計算應用的關鍵技術，也是實現通用、容錯量子計算的基石。在中性原子量子計算路線中，現有的尋址方案難以同時實現高并行、高速率、高穩定性的尋址操控。
目前，中性原子量子計算的尋址方案可以分為兩種。第一種是“原子找激光”（原子穿梭）方案，通過原子在不同功能區的相干轉移實現尋址，便于并行操作和非局域連接，但跨阱移動會增加量子門之間的閑置時間，且引入原子加熱，不利于深層操作。第二種是“激光找原子”（光束掃描）方案，利用聲光偏轉控制強聚焦的尋址光，可將閑置時間壓至微秒量級，但并行尋址能力受限，且在長期精準對準與指向漂移控制方面存在技術挑戰。
近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院詹明生、許鵬團隊在中性原子量子計算領域取得進展。研究團隊提出并演示了一種基于光纖陣列的中性原子量子計算新架構，解決了原子量子計算難以同時實現高并行、高速率和高穩定性尋址操控的難題。
該架構的核心在于，為每個量子比特配置一條獨立的控制通道，將每個原子比特的囚禁光和尋址光通過同一根單模光纖傳輸，并經由共享光路在真空中聚焦形成光鑷。這種共路設計，使控制光束與原子陷阱在空間上天然對齊，消除了因機械振動或熱漂移導致的光路失準問題，為實現穩定、獨立的量子控制提供了物理保障。
實驗中，研究團隊在64根光纖構成的陣列中，用其中10路演示了對10個單原子的尋址操控，其中每個原子的單比特門操作的平均保真度達0.9966（3）。4個隨機選擇的量子比特同時執行任意單比特門操作時，平均保真度達0.9961（4）。團隊進一步實現了兩原子間的里德堡態阻塞，為實現高保真兩比特門奠定了物理基礎。
該架構可通過復制通道直接擴展，也可采用三維光波導陣列與集成光子芯片技術進行擴展，為基于大規模可控單原子陣列量子計算提供了新路徑。
相關研究成果發表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。
論文鏈接
光纖陣列架構原子量子計算的基本原理和實驗裝置圖
本文鏈接：科研人員實現基于光纖陣列的中性原子量子計算新架構http://www.sq15.cn/show-12-2059-0.html
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