新華社武漢12月13日電（記者譚元斌）中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所13日宣布，該所詹明生研究員團(tuán)隊(duì)在國際上首次實(shí)現(xiàn)了保真度超過99.99%、錯(cuò)誤率低于0.01%的原子量子態(tài)操控，突破了中性原子量子計(jì)算的一個(gè)重要障礙。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。
據(jù)該所相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，詹明生研究員團(tuán)隊(duì)利用魔幻光強(qiáng)技術(shù)構(gòu)造了高品質(zhì)的中性原子量子寄存器，并在該新型量子寄存器中實(shí)現(xiàn)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(rèn)的容錯(cuò)量子計(jì)算所要求的量子邏輯門的保真度閾值（99.99%），即錯(cuò)誤率低于0.01%。
據(jù)介紹，中性原子體系作為量子計(jì)算的候選體系之一，與超導(dǎo)、半導(dǎo)體等候選體系相比具有良好的可擴(kuò)展性、較長的相干時(shí)間、可控的原子間相互作用等優(yōu)勢(shì)。在此前的實(shí)驗(yàn)研究中，國際上眾多研究組將激光成功地調(diào)制為光阱或者光阱陣列，對(duì)中性原子進(jìn)行量子操控。但這些方案都會(huì)對(duì)原子量子比特能級(jí)產(chǎn)生較大的擾動(dòng)，使得單量子邏輯門操作保真度遠(yuǎn)低于量子糾錯(cuò)的保真度閾值。該問題也成為基于中性原子搭建實(shí)用型量子計(jì)算機(jī)的三大障礙之一。
詹明生研究員團(tuán)隊(duì)此前通過對(duì)光和原子相互作用的研究，發(fā)展了魔幻光強(qiáng)原子囚禁技術(shù)，該技術(shù)能夠有效地降低光阱對(duì)原子能級(jí)的擾動(dòng)。他們進(jìn)一步地發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，巧妙地構(gòu)建了一個(gè)由4x4的魔幻光阱陣列構(gòu)成的量子寄存器。在該寄存器中，實(shí)現(xiàn)了平均保真度高達(dá)99.995%的全局單比特量子邏輯門。
據(jù)詹明生研究員介紹，該研究成果是該團(tuán)隊(duì)發(fā)展的魔幻光強(qiáng)囚禁原子與量子態(tài)精密操控技術(shù)在高保真全局單比特量子邏輯門的成功應(yīng)用。這項(xiàng)工作推動(dòng)了中性原子量子計(jì)算的發(fā)展，為下一步構(gòu)造可擴(kuò)展的中性原子量子信息處理技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。