近日，好意思国加州理工学院团队造出了当今环球最大的中性原子量子诡计机，竣事了卓越 6100 个量子比特的一致性，同期竣事了 99.98% 的初始精度，量子比特保持关系性长达 13 秒，这一关系时间比此前试验长了快要 10 倍，推敲论文发表于最新 Nature 期刊。此前曾在该团队从事博士后究诘、当今在中国科学院上海光学精密机械究诘所担任究诘员的吕旭东是论文共同作家。究诘团队在加州理工学院的官方新闻稿中示意，对于中性原子诡计来说，这是一个昂然东说念主心的技能，这意味着“基础模块”照旧就位，让东说念主们看到了一条通往大型纠错量子诡计机的说念路。

（https://www.caltech.edu/about/news/caltech-team-sets-）

与之前仅包含数百个量子比特的阵列比拟，这一性能有着显耀晋升。因为究诘东说念主员不仅将其系统从畴昔试验中每每唯罕有百个的量子比特拓展到了 6100 多个，而况还能保持使用量子诡计机所需要的褂讪性和精度。

（来源：https://www.caltech.edu/about/news/caltech-team-sets-r）

量子比特，是量子诡计机中信息的基本单元。经典比特不错是 0 或者 1，量子比特则能同期处于两种景色的重迭态之中，从而能够并行地实行多项复杂诡计。然则，它的挑战在于若何让这种景色弥漫长和弥漫褂讪，因为唯有这么才能完成诡计。这种褂讪性被称为“关系性”，它会不休地受到噪声、热量或杂散电磁场的挟制。不外，唯有当量子比特保持关系性的时间越长，量子诡计机在出现不实之前能够实行的操作也就越高等和越可靠，这亦然信得过雄壮的量子诡计机需要数十万个量子比特的原因。然则，对于量子诡计机来说，时间只是量子经过中的其中一个身分，东说念主们需要的是让关系时间远远卓越操作时间。假如操作时间是一微秒，而关系时间是一秒，那就意味着不错进行大致一百万次操作。

光镊，是一种高度聚焦的光束。为了在不纵脱保真度的情况下进行缩放，究诘东说念主员使用光镊来持取和定位单个原子。通过将一束激光分红 12000 个小型光阱，能够在真空室内褂讪地容纳 6100 个原子。具体来说，若是使用符合波长的激光，就能让光招引原子，从而酿成一个陷坑。若是将光司法在一个微米级的、特别小的点上，就能领受并拿获好多原子。

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在本次后果中，究诘东说念主员在阵列内迁移原子的同期，并不会让量子态即重迭态遭到破损，也等于说能够在保持量子比特褂讪的情况下迁移量子比特，这一上风将让量子诡计机更容易被纠错。对于大界限的即包含更多原子的诡计来说，每每会以纵脱准确率为代价，然则本次后果很好地兼顾了这两者。以前，假如量子比特的质料较低，就基本等于毫无谓处；而在这次究诘中，他们很好地兼顾了数目和质料。固然本次后果并莫得催生出实用型的量子诡计机，然则通过在一个系统中连结准确性、关系性和规尺度围，让其收效设定了新的基准，并加强了将中性原子算作量子诡计最初平台的地位。

究诘团队还达成了这一设置：在保持原子重迭的同期，将原子在阵列中迁移数百微米。据了解，量子比特的迁移才能是中性原子量子诡计机的一个要津特质，与超导量子比非凡其他量子比特架构比拟，前者能够竣事更高效的纠错才能。而迁移单个原子并使其保老成迭景色，就好比当一个跑步的东说念主拿着水杯然则水杯中的水依然不会翻动相同。而试图同期保持原子处于重迭景色，就好比一个东说念主留心翼翼地跑步以便不会让杯中的水翻动得过于锋利。

（来源：https://www.caltech.edu/about/news/caltech-team-s）

现时，中性原子量子系统日益受到更多怜惜，并已成为超导电路和离子阱的有劲竞争敌手。中性原子量子系统的私有上风之一在于具备物理可重构性，这让原子不错在诡计经过中通过迁移光阱来进行再行成列，从而提供刚性硬件拓扑难以竣事的动态绽放。胁制当今，大多数中性原子阵列只是包含数百个量子比特，而本次后果所领有的 6100 量子比特则让该领域往前迈出了一大步。脚下，环球各地的科技公司和量子试验室正在纷纷扩多数子诡计机的界限。IBM 公司喜悦到 2033 年造出一台 10 万量子比特的超导诡计机，而其他两家好意思国量子公司 IonQ 和 QuEra 正在开发离子阱和中性原子的步伐，另一家好意思国量子公司 Quantinuum 则但愿在 2029 年之前造出一台能够透澈容错的量子诡计机。

天然，这次加州理工学院团队还有新的方针恭候完成。传统诡计机每进行 1017 运算会出错一次，而当今量子诡计机的精度远远莫得达到这个水平，同期只是依靠硬件是不成能达到这个水平的。因此，这次加州理工学院团队在异日还需要进行大界限纠错的演示，而这需要从数千个物理量子比特中编码出逻辑量子比特。唯有顺利完成这一演示，才能为量子诡计机在化知识题和材料问题上的应用铺平说念路。

（来源：https://www.caltech.edu/about/news/caltech-team-sety）

值得在意的是，这次究诘获得了多个外部单元的撑持。具体来说，这一课题获得了戈登和贝蒂·摩尔基金会、韦斯顿·海文斯基金会、好意思国国度科学基金会、好意思国加州理工学院量子信息与物资究诘所、好意思国陆军究诘办公室、好意思国动力部（包括其量子系统加快器）、好意思国国防高等究诘谋划局、好意思国空军科学究诘办公室、海辛-西蒙斯基金会以及亚马逊 AWS 量子博士后奖学金技俩的资助。

加州理工学院栽种曼努埃尔·恩德雷斯（Manuel Endres）是上述论文的共同通信作家，他和团队聚焦于究诘试验量子科学和表面量子科学，其究诘领域包括诈欺独处胁制的中性原子进行试验、探索对于量子模拟/量子信息和量子增强计量学的新步伐，以及究诘对于量子多体物理表面和机器学习应用。

图 | 本次 Nature 论文（来源：https://www.nature.com）

贵寓表露，该团队并不是第一次在 Nature 这么的顶刊发表量子的推敲论文。近两年内，该团队分裂在 Nature 和 Science 发了至少三篇论文。

2025 年 5 月，该团队曾完成了一项在光镊中进行电子冷却、胁制和领悟超纠缠的后果，推敲论文发表在 Science。在那时这项究诘中，他们使用了一种与物种无关的冷却机制，完成了原子的领悟基态的准备，进而让上述机制将领悟激励转发为位置已知的擦除极度。据先容，这种冷却机制从压根上优于理思化的传统边带冷却机制。通过针对由此产生的纯领悟态进行关系操控，该团队通过局部甩掉参预了领悟重迭态，进而竣事了电路中读出和电路中的擦除检测。同期，他们分裂在不同的光镊中针对两个原子的领悟进行纠缠，并通过同期制备领悟和光学量子比特的贝尔态来产生超纠缠，借此解锁了一种诈欺中性原子的量子操作。

（来源：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2618?）

2024 年 10 月，该团队在一篇 Nature 论文中展示了通用量子操作和基于扶助的中性原子超窄光学跃迁读出的后果，并在光镊时钟平台演示了使用中性原子光钟进行基于电路的量子计量步伐。基于此，他们通过光时钟量子比特的里德堡相互作用和动态绽放，竣事了保真度为 99.62% 的双量子比特纠缠门，并将其与局部寻址联贯结，竣事了通用可编程量子电路。诈欺这种步伐该团队生成了接近最优的纠缠探伤态。

（来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08005-8）

如前所述，本文开首的那篇 Nature 论文的共同作家之一，是当今在中国科学院上海光学精密机械究诘所担任究诘员的吕旭东。贵寓表露，吕旭东本科毕业于北京大学，博士毕业于好意思国加州大学伯克利分校，博士毕业后先后在加州大学伯克利分校和加州理工学院从事博士后究诘。2024 年秋到 2025 年春，吕旭东在加州理工学院担任究诘员。随后，他归国加入中国科学院上海光学精密机械究诘所，当今的主要究诘见地为中性原子量子诡计和量子模拟，而这也与他在好意思国从事博士后究诘的见地较为一致，这省略将为他在新单元竣事更多究诘零乱带来助力。

参考贵寓：

本次 Nature 论文 https://www.nature.com/articles/s41586-025-09641-4

2025 年 5 月的 Science 论文 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2618?utm_source=sfmc&utm_medium=email&utm_content=alert&utm_campaign=SCIeToc&et_rid=956750135&et_cid=5623214

2024 年 10 月的 Nature 论文 https://www.nature.com/articles/s41586-024-08005-8

吕旭东的个东说念主主页 https://people.ucas.edu.cn/~lvlab

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