中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉，苑震生等從理論上提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)原子深度冷卻新機(jī)制的基礎(chǔ)上，并初次實(shí)現(xiàn)了光晶格中1250對(duì)原子高保真糾纏態(tài)的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規(guī)模化量子計(jì)算與模擬奠定了基礎(chǔ)。近日，學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志以“首發(fā)”的形式在線發(fā)表了研究成果，審稿人給予了很高的評(píng)價(jià)。多級(jí)泵

量子糾纏是量子計(jì)算的核心資源。量子計(jì)算的能力將隨著糾纏位數(shù)的增加而呈指數(shù)增長(zhǎng)。因此，同時(shí)制備高質(zhì)量的糾纏粒子對(duì)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的主要條件。但是，由于糾纏對(duì)的品質(zhì)和量子邏輯門的操縱精度，人們目前可以準(zhǔn)備的最大糾纏態(tài)距離實(shí)用化的量子計(jì)算和模擬所需的糾纏比特?cái)?shù)和保真度還有很大差距。隔膜泵

光晶格超冷原子比特和超導(dǎo)比特具有良好的可擴(kuò)展性和高精度的量子可操縱性，并且最有可能成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏的系統(tǒng)。研究團(tuán)隊(duì)首先提出了一種新的制冷機(jī)制，該機(jī)制使用交錯(cuò)的晶格結(jié)構(gòu)將處于絕緣狀態(tài)的冷原子浸入超流體狀態(tài)。通過絕緣狀態(tài)和超流體狀態(tài)之間原子和熵的有效交換，系統(tǒng)中的熱量主要以超流體低能激發(fā)的形式存儲(chǔ)，然后通過精確的控制手段去除超流體狀態(tài)，從而獲得具有低熵的完美填充晶格。該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了這種冷卻過程，該過程在冷卻后將系統(tǒng)的熵降低了65倍，并達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的低熵，從而使晶格中的原子填充率大大提高到99.9％以上。在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)出了兩原子比特的高速糾纏，獲得了1250對(duì)糾纏原子，其糾纏保真度為99.3％。油桶泵

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將通過連接多對(duì)糾纏的原子來(lái)準(zhǔn)備數(shù)十至數(shù)百個(gè)原子位的糾纏態(tài)，用以開展單向量子計(jì)算和復(fù)雜強(qiáng)關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)量子模擬研究。同時(shí)，這項(xiàng)工作中的新制冷技術(shù)將有助于過冷費(fèi)米子系統(tǒng)的深度冷卻，使系統(tǒng)達(dá)到模擬高溫超導(dǎo)物理機(jī)制的苛刻溫度區(qū)域。研究成果將大大促進(jìn)量子計(jì)算和模擬領(lǐng)域的發(fā)展。潛水泵