中國科學院武漢物理與數學研究所 13日宣布，該所詹明生研究員團隊在國際上首次實現了保真度超過99.99%、錯誤率低於0.01%的原子量子態操控，突破了中性原子量子計算的一個重要障礙。相關研究成果已發表於國際權威期刊《物理評論快報》。

據該所相關負責人介紹，詹明生研究員團隊利用魔幻光強技術構造了高品質的中性原子量子寄存器，並在該新型量子寄存器中實現了目前國際最高精度的全局單比特量子邏輯門。該操控精度超過了國際公認的容錯量子計算所要求的量子邏輯門的保真度閾值（99.99%），即錯誤率低於0.01%。

據介紹，中性原子體係作為量子計算的候選體系之一，與超導、半導體等候選體系相比具有良好的可擴展性、較長的相干時間、可控的原子間相互作用等優勢。在此前的實驗研究中，國際上眾多研究組將激光成功地調製為光阱或者光阱陣列，對中性原子進行量子操控。但這些方案都會對原子量子比特能級產生較大的擾動，使得單量子邏輯門操作保真度遠低於量子糾錯的保真度閾值。該問題也成為基於中性原子搭建實用型量子計算機的三大障礙之一。

詹明生研究員團隊此前通過對光和原子相互作用的研究，發展了魔幻光強原子囚禁技術，該技術能夠有效地降低光阱對原子能級的擾動。他們進一步地發揮該技術的優勢，巧妙地構建了一個由4×4的魔幻光阱陣列構成的量子寄存器。在該寄存器中，實現了平均保真度高達99.995%的全局單比特量子邏輯門。

據詹明生研究員介紹，該研究成果是該團隊發展的魔幻光強囚禁原子與量子態精密操控技術在高保真全局單比特量子邏輯門的成功應用。這項工作推動了中性原子量子計算的發展，為下一步構造可擴展的中性原子量子信息處理技術奠定了基礎。

附：論文鏈接