我国首次实现保真度超99.99%原子量子态操控

新华社武汉12月13日电(记者谭)中国科学院武汉物理与数学研究所13日宣布，该所詹研究团队首次在世界范围内实现了原子量子态操纵，保真度达99.99%以上，误码率不到0.01%，突破了中性原子量子计算的一个重要障碍。相关的研究结果已经发表在国际权威杂志《物理评论快报》上。

据研究所相关负责人介绍，詹的研究团队利用幻光强度技术构建了高质量的中性原子量子寄存器，并在新的量子寄存器中实现了目前世界上精度最高的全局单比特量子逻辑门。控制精度超过了国际公认的容错量子计算所要求的量子逻辑门的保真度阈值(99.99%)，即误差率低于0.01%。

据介绍，作为量子计算的候选系统之一，中性原子系统具有可扩展性好、相干时间长、原子间相互作用可控等优点。与超导和半导体等候选系统相比。在以前的实验研究中，许多国际研究小组已经成功地将激光调制到光阱或光阱阵列中，对中性原子进行量子操纵。然而，这些方案将极大地干扰原子量子位的能级，使得单量子逻辑门操作的保真度远低于量子纠错的保真度阈值。这个问题也成为基于中性原子构建实用量子计算机的三大障碍之一。

珍·明升的研究小组先前已经通过研究光和原子之间的相互作用开发了神奇的光强度原子俘获技术，这可以有效地将光阱的干扰降低到原子水平。他们进一步发展了这项技术的优势，并巧妙地构建了一个由4x4魔光阱阵列组成的量子寄存器。在该寄存器中，实现了平均保真度为99.995%的全局单比特量子逻辑门。

据詹研究员介绍，该研究成果是该团队研制的幻光强度俘获原子和量子态精确控制技术在高保真度全球单比特量子逻辑门中的成功应用。这项工作促进了中性原子量子计算的发展，为下一步构建可扩展的中性原子量子信息处理技术奠定了基础。

DOI:https://DOI . org/10.1103/PhysRevlett . 121.240501