11月18日消息（南山）近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院（以下称“精密测量院”）在原子量子计算领域取得两项重要进展。

一是牵头湖北省科技厅“尖刀”技术攻关项目“原子量子计算机的研发与应用”，发布国内首台冷原子商用量子计算机（无纠错型）——“汉原1号”，具备国产化的核心器件、无需低温环境的部署优势及国际一流性能；二是提出并实验证明了一种基于光纤阵列的原子量子计算新架构，为构建中性原子量子计算机提供了新途径，该项成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。

量子计算当前已成为科技领域的研究热点，技术路线则有超导、光量子、中性原子、离子阱等，处于并行不悖的发展状态。那么，上述新架构的提出，对中性原子量子计算发展有何启迪？日前，精密测量院精密测量物理研究部副主任许鹏研究员接受量子大观采访，对该项成果进行了解读。

一原子一通道的新方案

中性单原子阵列因为可扩展、高保真门操作、相干时间长、连接可重构，被普遍视为最有希望迈向大规模、容错量子计算的平台之一。挑战也同样明显，尤其是操控精度要求极高，需复杂激光系统实现单原子寻址并抑制串扰。

现在做法主要有两种：一是“原子找激光”，把原子在不同功能区之间“穿梭”来实现操作。优点是连接灵活、并行度高；缺点是移动会带来空档时间与加热，复杂运算易被拖慢。二是“激光找原子”，用声光器件（AOD）快速转动强聚焦光束，轮流照射不同原子。优点是速度快；但要同时操作许多原子就吃力，而且长期精准对准不容易。

该项研究提出给每个量子比特配一条独立光纤控制通道，负责“抓住原子”的囚禁光和负责“操作原子”的寻址光同路，天然对准、互不打扰。在原型系统中，团队在光纤阵列形成的光阱里稳定囚禁了10个单原子，并且首次在二维原子阵列中展示了高保真的“任意单比特门”并行操控。

可以直观联想到，该架构可以通过复制通道来扩大规模，从而实现大规模量子比特操控。那么，到底是多大？许鹏研究员表示，随着系统扩展，团队也在考虑采用经典光通信技术，例如波分复用，光波导，减少激光资源消耗的同时操控更多量子比特。且该架构兼容集成光子芯片，当前来看，实现“几千个”通道在现有技术条件下是可以达到的。

当然，这个过程中会涉及到相当复杂的资源分配，需要进一步研究。如果要达到上万个乃至更多量子比特，还需要在这一架构基础上做更多工作和提出新方法，以及呼唤更高水平的片上光学技术。这需要整合业界更多的力量才能实现。科研团队也将寻求集成光子领域的机构和团队合作，验证新架构的原子操控能力“上限”。

底层创新的大胆尝试

相比超导和光量子等热门技术路线，中性原子较为低调，但近两年发展快速，国内外包括精密测量院在内取得多个重要研究成果，吸引了更多关注。在资本层面，据了解原子量子计算企业中科酷原今年完成了A+轮融资，另有多家初创企业完成了种子轮融资。

在许鹏研究员看来，相比之前的诸多突破，基于光纤阵列的原子量子计算新架构是底层架构层面的创新，是对原子量子计算发展方向的一次大胆尝试。对于推动原子量子计算从现阶段迈向未来的容错量子计算，提出了新的思路，具有重要价值。

许鹏研究员表示，原子量子体系存在一个重大问题，是单个逻辑比特很难进行深度纠错，这个障碍关键在于底层架构，精密测量院已经走出了重要一步，接下来还将沿着这条路径一步步推动原子量子体系发展。

这项成果的后续研究不局限在实验室。许鹏研究员表示，科研和产业需相互促进，后续会通过产业落地，例如考虑在“汉原”系列量子计算机的开发中引入，推动新架构的价值实现，并基于产品性能和用户反馈，反哺科学研究。

在量子大观看来，AI时代需求海量的算力，量子计算作为最新型的计算技术，已经与AI产生交集，并有望在未来几十年扮演相当重要的角色。精密测量院对原子量子计算的研究成果，有助于推动这一技术路线走出更多可能性，吸引国内外更多科研机构投身其中，带动更多原子量子新技术涌现。