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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、陸朝陽(yáng)等與上海量子科學(xué)研究中心/上海人工智能實(shí)驗(yàn)室鐘翰森等合作，利用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高度的并行性以及與陣列規(guī)模無(wú)關(guān)的常數(shù)時(shí)間消耗，在60毫秒內(nèi)成功構(gòu)建了多達(dá)2024個(gè)原子的無(wú)缺陷二維和三維原子陣列，刷新了中性原子體系無(wú)缺陷原子陣列規(guī)模世界紀(jì)錄。該方法為大規(guī)模中性原子量子計(jì)算奠定了關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。中性原子體系因優(yōu)異的擴(kuò)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(jì)算和量子模擬平臺(tái)。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(shù)將初始隨機(jī)填充的原子陣列轉(zhuǎn)換成無(wú)缺陷原子陣列，在此基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhǎng)的時(shí)間復(fù)雜度、原子丟失、計(jì)算速度等，陣列規(guī)模停留在幾百個(gè)原子的水平，難以進(jìn)一步擴(kuò)展。為攻克該難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地研發(fā)人工智能技術(shù)，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)高速空間光調(diào)制器進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，通過對(duì)光鑷陣列位置和相位的精確控制，同時(shí)移動(dòng)所有原子。在該工作中，研究團(tuán)隊(duì)演示了二維和三維原子陣列的任意構(gòu)型重排，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)2024個(gè)原子的無(wú)缺陷陣列，總耗時(shí)僅為60毫秒。隨著原子陣列規(guī)模增大，該重排方法耗時(shí)保持不變，因此未來(lái)可以直接應(yīng)用于數(shù)萬(wàn)原子規(guī)模的無(wú)缺陷陣列重排。目前，該系統(tǒng)單比特門保真度達(dá)99.97%，雙比特門保真度達(dá)99.5%，探測(cè)保真度達(dá)99.92%，已追平國(guó)際最高水平，為構(gòu)建基于中性原子陣列的容錯(cuò)通用量子計(jì)算機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于8月9日以“編輯推薦”的形式發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（PRL）上，并被美國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理》期刊作為研究亮點(diǎn)報(bào)道。審稿人認(rèn)為，這一工作“通過組裝2024個(gè)原子的陣列創(chuàng)造了新的紀(jì)錄”，“標(biāo)志著原子相關(guān)量子物理領(lǐng)域在計(jì)算效率和實(shí)驗(yàn)可行性方面的一次重大飛躍”。該研究工作得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、安徽省、上海市等的支持。論文鏈接實(shí)驗(yàn)裝置示意圖數(shù)千原子無(wú)缺陷二維和三維陣列重排實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖