基于原子的量子计算机的新纪录：1000个原子量子比特还在不断上升

（a） 在15×15个位点的簇中，225个原子的无缺陷靶图案的累积成功概率和填充分数。（b） 在（i）和（ii）第一个装配周期之前和之后没有增压的现场分辨填充部分。（c） 在（iii）和（iv）第一个装配周期之前和之后以及五个装配周期（v）之后，通过增压的现场分辨填充部分。（d） 五个装配周期后的现场分辨填充部分，显示所呈现的所有目标图案的填充接近统一。所有描绘的陷阱阵列包括 32×32 个位点。图片来源：Optica （2024）。DOI： 10.1364/OPTICA.513551

使量子系统更具可扩展性是量子计算机进一步发展的关键要求之一，因为随着系统的规模扩大，它们提供的优势变得越来越明显。达姆施塔特工业大学的研究人员最近朝着实现这一目标迈出了决定性的一步。

基于二维光镊阵列的量子处理器，使用聚焦激光束创建，是开发量子计算和模拟的最有前途的技术之一，将在未来实现非常有益的应用。从药物开发到优化交通流量的各种应用都将受益于这项技术。

到目前为止，这些处理器已经能够容纳数百个单原子量子系统，其中每个原子代表一个量子比特或量子比特作为量子信息的基本单位。为了取得进一步的进步，有必要增加处理器中的量子比特数量。现在，由达姆施塔特工业大学物理系原子-光子-量子研究小组的Gerhard Birkl教授领导的团队已经实现了这一点。

在一篇研究文章中，该团队于 2023 年 10 月初首次发布在 arXiv 预印本服务器上，现在也在科学同行评审后发表在《光学》杂志上，该团队报告了世界上第一个成功的实验，以实现在一个平面中包含 1,000 多个原子量子比特的量子处理架构。

“我们非常高兴我们是第一个突破 1,000 个可单独控制的原子量子比特大关的公司，因为许多其他杰出的竞争对手紧随其后，”Birkl 说。

研究人员能够在他们的实验中证明，他们将最新的量子光学方法与先进的微光学技术相结合的方法使他们能够显着提高可访问量子比特数量的电流限制。

这是通过引入“量子比特超充电”的新方法实现的。它使他们能够克服由于激光器性能有限而对可用量子比特数量施加的限制。总共有 1,305 个单原子量子比特被加载到具有 3,000 个陷阱位点的量子阵列中，并重新组装成具有多达 441 个量子比特的无缺陷目标结构。通过并行使用多个激光源，这一概念突破了迄今为止被认为几乎无法逾越的技术界限。

对于许多不同的应用，1,000 个量子比特被视为阈值，从中可以首次证明量子计算机所承诺的效率提升。因此，世界各地的研究人员一直在努力成为第一个打破这一门槛的人。Birkl及其同事的研究描述了激光源数量的进一步增加将如何在短短几年内实现10,000个或更多的量子比特数量。

更多信息：Lars Pause 等人，具有超过 1000 个原子量子比特的增压二维镊子阵列，Optica （2024）。DOI： 10.1364/OPTICA.513551

来自：量子梦