近日，科學家在中(zhōng)性原子量子計算領域取得重大(dà)突破，首次實現具有512個量子位的雙元素原子混合陣列。

據了解，量子位作爲量子計算機的基本構件，能夠通過不同技術制成。其中(zhōng)一(yī)種技術是利用激光捕獲中(zhōng)性原子以制造量子位，并在2018年獲諾貝爾獎。相互作用可控、相幹時間較長的中(zhōng)性單原子體(tǐ)系，具有在1平方毫米面積提供成千上萬個量子位的規模化集成優勢，是進行量子模拟和量子計算的有力候選者。

此前，用于量子計算的中(zhōng)性原子體(tǐ)系隻局限于單個原子元素陣列。但由于陣列中(zhōng)的每個原子都具有相同特性，因此要在不幹擾相鄰原子的情況下(xià)，測量單個原子是極其困難的。

本次，芝加哥大(dà)學普利茲克分(fēn)子工(gōng)程學院助理教授Hannes Bernien所帶領的團隊創造了一(yī)個由铷原子和铯原子構成的雙元素中(zhōng)性原子陣列，可以單獨控制每個原子，實現了首個由512個量子位組成的中(zhōng)性原子體(tǐ)系。此項研究顯著拓寬了中(zhōng)性原子體(tǐ)系在量子技術方面的潛在應用，相關成果近日發表在《物(wù)理評論X》(Physical Review X)。

目前，谷歌和IBM公司的量子計算機由超導電(diàn)路構成，隻達到約130個量子位。盡管芝加哥大(dà)學團隊的設備還不算是量子計算機，但由原子陣列制成的量子計算機将更容易擴大(dà)規模，帶來一(yī)些新的突破。

在由兩種不同元素的原子組成的混合陣列中(zhōng)，相鄰兩個原子可以是不同元素，具有完全不同的頻(pín)率。這使得研究人員(yuán)更容易測量和操作單個原子，而不受周圍原子的幹擾。芝加哥大(dà)學團隊使用512個光鑷捕獲铷原子、铯原子各256個，并觀察到兩個元素之間的幹擾能夠忽略不計。

這項研究成果将有助于多方面的研究，包括量子非破壞性測量、量子糾錯，以及持續運行的量子處理器和傳感器。

“當你用單一(yī)原子做這些實驗時，在某個時刻，你會丢失原子，然後你得經常初始化系統，先制造一(yī)個新的冷原子雲，并等待單個原子再次被激光捕獲。”Bernien說，“而我(wǒ)們這種混合的設計，可以分(fēn)别對這些元素進行實驗。我(wǒ)們可以用一(yī)種元素原子做實驗，同時刷新另一(yī)種元素原子，再切換過來，這樣我(wǒ)們一(yī)直有可利用的量子位。”