量子計算機的研制是近年來各國激烈競爭的科學和技術高地，在不同的實現路徑中，我國科學家在超冷原子量子計算和模擬中取得了領先。18日，中國科學院宣布，中國科學技術大學潘建偉、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——在理論上提出并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制備，為基于超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。這一成果19日在線發表于學術期刊《科學》上。

潘建偉介紹，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，大規模糾纏態的制備、測量和相干操控是該研究領域的核心問題。而解決這個核心問題的首要條件，就是同步制備高品質糾纏粒子對。超冷原子是利用冷卻手段將原子制備到接近絕對零度的狀態，利用其在低溫狀態下表現出的量子力學特性，實現規模化量子糾纏。光晶格是對超冷原子的一種操縱方法。潘建偉說：“在實現量子比特的眾多物理體系中，光晶格超冷原子比特和超導比特具備良好的可升擴展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先實現規模化量子糾纏的系統。”

自2010年開始，中國科大研究團隊與德國海德堡大學合作，對基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息處理展開聯合攻關。

在最新的實驗中，團隊首次提出了一種新的制冷機制：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冷原子中，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。團隊在實驗中實現了這一制冷過程，制冷后使系統的熵降低了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。在此基礎上，該團隊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。

據介紹，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，制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復雜強關聯多體系統量子模擬研究。

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