光晶格中原子冷卻的示意圖。將處在絕緣態的樣品原子（藍綠色球）交錯浸泡到處在超流態的環境原子（紅色球）中，這兩種狀態之間高效率的原子和熵的交換，導致有能隙的絕緣態不易被激發，系統中的熱量主要以超流態低能激發的形式存儲。 中國科大團隊 供圖

中新網北京6月19日電 (記者 孫自法 吳蘭)中國科學院19日發布消息說，中國科學技術大學潘建偉院士、苑震生教授等在超冷原子量子計算和模擬研究中取得重要進展——他們在理論上提出并實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，在光晶格中首次實現1250對原子高保真度糾纏態的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定基礎。

這項將極大推動量子計算和模擬領域發展的研究成果論文，當日在國際著名學術期刊《科學》以“First Release”形式在線發表。《科學》審稿人對該研究給與高度評價稱，“他們在原子比特中實現了我所知的最低的熵，并且是在如此大的(1萬個原子)系統中”“開發新的晶格量子氣體制冷技術，是該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”。

在實現量子比特的眾多物理體系中，光晶格超冷原子比特和超導比特具備良好的可升擴展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先實現規模化量子糾纏的系統。自2010年開始，中國科大研究團隊與德國海德堡大學合作，對基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息處理展開聯合攻關。該團隊前期研究中已制備600多對保真度為79%的超冷原子糾纏態，但由于晶格中原子的溫度偏高，使得晶格中原子填充缺陷大于10%，這對糾纏原子對連接形成更大的多原子糾纏態和提升糾纏保真度有很大影響。

在最新完成的實驗研究中，中國科大團隊首次提出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，制冷后使系統的熵降低65倍，達到創紀錄的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基礎上，研究團隊開發出兩原子比特高速糾纏門，獲得糾纏保真度為99.3%的1250對糾纏原子。

中國科大團隊表示，后續將通過連接多對糾纏原子的方法，制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復雜強關聯多體系統量子模擬研究。同時，研究成果中的新制冷技術，也將有助于對超冷費米子系統的深度冷卻，使得系統達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫區。

據了解，基于量子力學的基本原理，量子計算和模擬被認為是后摩爾時代推動高速信息處理的顛覆性技術，有望解決諸如高溫超導機制模擬、密碼破解等重大科學和技術問題。量子糾纏是量子計算的核心資源，量子計算的能力將隨糾纏比特數目的增長呈指數增長。因此，大規模糾纏態的制備、測量和相干操控是該研究領域的核心問題，而高品質糾纏粒子對的同步制備是實現大規模糾纏態的首要條件。(完)