摘要：近日加州理工学院的物理学家们创造了迄今规模最大的中性原子量子计算机，在一个阵列中捕获了6100个铯原子，作为量子比特（qubit）进行操控。这一成果本周四发表在《自然》杂志上，与此前最多仅有数百比特的阵列相比，具有重大突破意义。

近日加州理工学院的物理学家们创造了迄今规模最大的中性原子量子计算机，在一个阵列中捕获了6100个铯原子，作为量子比特（qubit）进行操控。这一成果本周四发表在《自然》杂志上，与此前最多仅有数百比特的阵列相比，具有重大突破意义。

据介绍，研究团队将系统规模从过去实验常见的数百比特扩展到超过6000个，并保持了稳定性和精确度，满足实用量子设备的要求。团队实现了约13秒的相干时间——比过去实验长近十倍，并以99.98%的精度完成了单比特操作。

量子比特是量子计算机中的基本信息单位。与经典比特只能表示0或1不同，量子比特可以同时处于两种状态的叠加，实现多线程并行计算。保证这种状态能长时间稳定存在是量子技术的最大挑战，即“相干性”，其易受噪音、热量和电磁场等干扰影响。相干时间越长，计算过程越复杂且更可靠。加州理工学院项目负责人、物理学教授Manuel Endres在声明中表示：“这是中性原子量子计算领域令人振奋的时刻，我们已能看到实现大型容错量子计算机的路径，所有构建模块都已具备。”

据该校研究生Elie Bataille介绍，量子过程不仅看重时间长度，更在于相干时间远长于操作所需时长：“如果操作持续一微秒，而你拥有一秒的相干时间，就能运行大约一百万次操作。”

此次实验采用“光镊”技术，即利用高度聚焦的光束，精确抓取、定位单一原子。通过将单一道束分裂成12000个微型光阱，科学家们可在真空腔内稳定悬停6100个铯原子。Bataille补充道：“只要使用合适波长的激光，就能使光对原子产生吸引作用，形成陷阱。将光束汇聚到约一微米大小，即可聚集并捕获大量原子。”

研究团队还展示了在不破坏量子叠加态的情况下于阵列中迁移原子。这种在保持稳定状态时移动比特的方法有望简化未来量子计算中的纠错操作。

中性原子量子系统正成为超导电路和离子捕获平台竞争的新焦点，其核心优势之一就是可物理重排：可利用移动式光阱在计算过程中重新优化原子位置，实现灵活的动态连接，这在硬件结构通常固定的平台上难以实现。迄今为止，大多数中性原子阵列仅包含数百比特，因此加州理工学院这项突破具有里程碑意义。

随着全球各大公司和实验室竞相推进量子设备规模化，IBM承诺将在2033年前开发出10万个比特的超导量子计算机，而IonQ、QuEra等企业则专攻离子捕获和中性原子路线。科罗拉多州Quantinuum计划在2029年前交付首台完全容错量子计算机。下一阶段重要目标是演示大规模纠错技术，即将数千物理比特编码为逻辑比特，这是量子计算在化学、材料等实际问题中大规模应用的关键基础。

Bataille指出，现有传统计算机约每100千万亿次操作出错一次，而量子计算机远未达此准确度，也不指望仅靠硬件解决。“我们下一步计划是通过纠缠实现比特之间的连接，这对于运行真正的大规模量子计算至关重要。”

虽然加州理工学院的6100比特阵列尚未成为真正的量子计算机，但其在规模、精度和相干性三方面的结合树立了新基准，也强化了中性原子作为量子计算主流平台的竞争力。

来源：cnBeta一点号