中科大在超冷原子量子計算 與量子模擬領域取得重要進展

2021-01-17 安徽省人民政府

記者6月19日從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉、苑震生等在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要進展。他們在理論上提出並實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現了1250對原子高保真度糾纏態的同步製備，為基於超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。國際著名學術期刊《科學》於北京時間6月19日在線發布了該研究成果。

基於量子力學的基本原理，量子計算和模擬被認為是後摩爾時代推動高速信息處理的顛覆性技術，有望解決諸如高溫超導機制模擬、密碼破解等重大科學和技術問題。量子糾纏是量子計算的核心資源，量子計算的能力將隨糾纏比特數目的增長呈指數增長。因而，大規模糾纏態的製備、測量和相干操控是該研究領域的核心問題。受限於糾纏對的品質和量子邏輯門的操控精度，目前人們所能製備的最大糾纏態距離實用化的量子計算和模擬所需的糾纏比特數和保真度還有很大差距。

自2010年開始，中科大研究團隊與德國海德堡大學合作，對基於超冷原子光晶格的可拓展量子信息處理展開聯合攻關。該團隊首次提出了使用交錯式晶格結構將處在絕緣態的冷原子浸泡到超流態中的新制冷機制，通過絕緣態和超流態之間高效率的原子和熵的交換，使系統中的熱量主要以超流態低能激發的形式存儲，再用精確的調控手段將超流態移除，從而獲得低熵的完美填充晶格。

中科大在超冷原子量子計算與量子模擬領域取得重要進展該實驗實現了這一製冷過程，製冷後使系統的熵降低了65倍，達到了創紀錄的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。該團隊繼而開發了兩原子比特高速糾纏門，獲得了糾纏保真度為99.3%的1250對糾纏原子。

在該研究工作的基礎上，研究團隊將通過連接多對糾纏原子的方法，製備幾十到上百個原子比特的糾纏態，用以開展單向量子計算和複雜強關聯多體系統量子模擬研究。同時，該工作中的新製冷技術將有助於對超冷費米子系統的深度冷卻，使得系統達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫區。該研究成果將極大推動量子計算和模擬領域的發展。（記者 陳婉婉）

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