本報訊（記者丁佳）6月19日，《科學》在線發表了中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉，中國科學技術大學教授苑震生等在超冷原子量子計算和模擬研究中取得的重要進展。他們在理論上提出並實驗驗證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製備，為基於超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。
在這項研究中，該團隊首次提出了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的新制冷機制，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。
研究團隊實驗實現了這一製冷過程，製冷後使系統的熵降低了65倍，使得晶格中原子填充率提高到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。
《科學》雜誌審稿人對該工作給予了高度評價：「他們在原子比特中實現了我所知的最低的熵，並且是在如此大的（1萬個原子）系統中；此外，他們報導了我所知的中性原子中最高保真度兩比特量子門。」「 開發新的晶格量子氣體製冷技術，是學界為了研究新物態和滿足量子信息處理需求的重要目標。鑒於此，我認為他們實現如此大的熵減是一個突破……」
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，製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複雜強關聯多體系統量子模擬研究。同時，該工作中的新製冷技術將有助於對超冷費米子系統的深度冷卻，使系統達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫區。該成果將極大推動量子計算和模擬領域的發展。
據了解，大規模糾纏態的製備、測量和相干操控是該研究領域的核心問題。但以往的工作中，受限於糾纏對的品質和量子邏輯門的操控精度，人們所能製備的最大糾纏態距離實用化的量子計算和模擬所需的糾纏比特數和保真度還有很大差距。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aaz6801