12月15日，美國物理學會《物理》雜志公布2025年國際物理學領域九項重大進展，中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等與上海人工智能實驗室鐘翰森等合作完成的中性原子量子計算成果——高速原子重排實驗入選。

中性原子體系因優(yōu)異的擴展性、高保真度量子門、高并行性和任意的連接性，成為極具潛力的量子計算和量子模擬平臺。該體系使用光鑷陣列囚禁中性原子，首先需要通過重排技術將初始隨機填充的原子陣列轉換成無缺陷原子陣列，在此基礎上進行量子邏輯門操作。傳統(tǒng)的重排方法受限于隨陣列規(guī)模增長的時間復雜度、原子丟失、計算速度等，陣列規(guī)模停留在幾百個原子的水平，難以進一步擴展。

研究團隊構建了原子量子計算系統(tǒng)，實現(xiàn)了高度的并行性以及與陣列規(guī)模無關的常數(shù)時間消耗，在60毫秒內(nèi)成功構建出多達2024個原子的無缺陷二維和三維原子陣列，創(chuàng)造了當時中性原子體系無缺陷原子陣列規(guī)模的世界紀錄。這一成果被《物理》雜志作為研究亮點專門報道。

目前，該系統(tǒng)單比特門保真度達99.97%，雙比特門保真度達99.84%，探測保真度達99.92%，關鍵指標達到國際領先水平，為構建基于中性原子陣列的容錯通用量子計算機奠定了技術基礎。

審稿人認為這一工作“通過組裝2024個原子的陣列創(chuàng)造了新的紀錄”“標志著原子相關量子物理領域在計算效率和實驗可行性方面的一次重大飛躍”“是一種創(chuàng)新的方法，具有明確且實用的優(yōu)勢，對于原子陣列實驗這一龐大且不斷發(fā)展的研究群體將具有重要吸引力”。

《物理》雜志網(wǎng)站介紹，科研團隊為直觀展示這種可快速重組數(shù)千原子的新系統(tǒng)，以549個原子作為可移動像素，制作了薛定諤貓思想實驗的卡通視頻，展示了銣原子在光鑷陷阱陣列中以創(chuàng)紀錄的速度被新開發(fā)的AI系統(tǒng)移動重組、連續(xù)形成不同圖像的過程。這一創(chuàng)新演示不僅高居《物理》雜志網(wǎng)站2025年度瀏覽量榜首，更標志著高速的原子重排技術，對未來基于原子的量子計算機而言至關重要。

美國物理學會公布2025年國際物理學重大進展

《物理》雜志網(wǎng)站報道：

https://physics.aps.org/articles/v18/191

來源：中國科學技術大學

責任編輯：侯茜