潘建伟院士建设2000原子阵列实现世界最大的原子量子计算阵列

抖音快讯 2025年08月14日 22:07 1 admin

中国科学技术大学潘建伟院士领导的研究团队成功构建了迄今世界最大的原子量子计算阵列，能够在六万分之一秒内精确排列超过2000个铷原子，规模比此前的原子量子系统扩大了10倍。这项突破性成果不仅解决了原子量子计算的关键技术瓶颈，更为实现万量子比特级别的量子计算机奠定了重要基础。

人工智能加持的原子精密操控

俄亥俄州林新发布时间: 8:00pm, 13 Aug 2025更新时间: 8:32pm, 13 Aug 2025

传统的原子量子计算系统一直面临扩展性难题，此前最大的原子阵列仅能容纳数百个原子。潘建伟团队的突破在于开发了一套基于人工智能的原子排列系统，能够以前所未有的速度和精度操控大量原子。

该系统使用铷原子作为量子比特的基本单元，每个原子都可以处于量子叠加态，同时代表0和1两种状态。通过被称为"光学镊子"的聚焦激光束，研究人员能够精确捕获和定位每一个原子，并通过调节激光的能量水平来操控原子间的相互作用，从而执行量子计算操作。

这项技术的关键创新在于AI算法的应用。传统的原子排列方法需要大量时间进行手动调整和优化，而新系统能够在微秒级时间内自动计算出最优的原子排列方案，并实时调整激光参数以维持阵列的稳定性。这种自动化程度的提升为扩大系统规模提供了技术保障。

三条技术路线的竞争格局

量子计算领域目前存在三条主要技术路线的激烈竞争。超导量子计算采用极低温下的超导电路作为量子比特，以IBM和谷歌为代表的公司在这一领域起步较早，已经实现了数百量子比特的系统。离子阱量子计算使用被电磁场捕获的带电离子，具有很高的操控精度，但扩展难度较大。

相比之下，基于中性原子的量子计算被认为是最具潜力的技术路线之一。中性原子具有天然的同质性，不会因为制造工艺差异而产生性能差别，这为大规模量子系统提供了理想的基础。此外，中性原子在室温下就很稳定，不需要复杂的冷却系统，这大大降低了系统的复杂性和成本。

然而，中性原子量子计算的挑战在于如何精确控制大量原子的量子态。每个原子都必须被独立操控，同时还要维持它们之间的量子纠缠关系。当原子数量增加到数千个时，这种控制的复杂度呈指数级增长。

技术突破的深远影响

潘建伟团队的成果在《物理评论快报》上发表后，获得了同行评议专家的高度评价，被称为"原子相关量子物理学在计算效率和实验可行性方面的重大飞跃"。这一评价反映了该成果在量子计算领域的重要意义。

从技术角度看，2000原子阵列的实现标志着原子量子计算从实验室概念向实用化迈出了关键一步。虽然距离实现通用量子计算机仍需数万甚至数十万量子比特，但这一突破表明大规模原子量子系统在技术上是可行的。

更重要的是，这项成果展示了中国在量子计算核心技术方面的自主创新能力。量子计算被视为下一代信息技术的制高点，各主要科技强国都在加大投入力度。中国在原子量子计算方面取得的领先优势，为在未来的量子计算竞赛中占据有利位置奠定了基础。

量子优势的现实应用前景

大规模原子量子阵列的实现为多个应用领域带来了新的可能性。在量子模拟方面，数千个原子的系统能够模拟复杂的多体物理现象，为材料科学和凝聚态物理研究提供强有力的工具。

在量子优化问题求解方面，大规模原子阵列可以处理更复杂的组合优化问题，这些问题在金融建模、交通调度、药物发现等领域有重要应用。虽然目前的系统还无法达到"量子霸权"的程度，但已经具备了处理某些特定问题的实用价值。

此外，原子量子计算在量子通信和量子传感方面也有独特优势。大规模的原子阵列可以作为量子网络的节点，实现远距离的量子信息传输。同时，原子阵列的集体量子效应可以大幅提升传感器的精度，在引力波探测、磁场测量等精密物理实验中发挥重要作用。

迈向万量子比特的技术挑战

尽管取得了重大突破，但要实现万量子比特级别的原子量子计算机仍面临诸多挑战。首先是系统稳定性问题。随着原子数量的增加，维持整个系统的相干性变得越来越困难。任何微小的环境干扰都可能导致量子信息的丢失。

其次是错误率控制。量子计算对错误极其敏感，需要实现容错量子计算才能发挥实用价值。这要求不仅要有大量的逻辑量子比特，还需要更多的辅助量子比特用于错误检测和纠正。

最后是算法开发的挑战。即使硬件技术成熟，如何设计高效的量子算法来解决实际问题仍是一个开放性问题。这需要计算机科学、物理学和数学等多学科的深度融合。

潘建伟团队的这一突破为解决这些挑战提供了重要的技术基础，标志着中国在通向实用化量子计算的道路上迈出了坚实的一步。

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