原子量子计算机的新纪录：1000个原子量子位及其崛起

使量子系统更具可扩展性是量子计算机进一步发展的关键要求之一，因为随着系统的规模扩大，它们所提供的优势越来越明显。达姆施塔特大学的研究人员最近朝着实现这一目标迈出了决定性的一步

基于二维光镊子阵列的量子处理器，使用聚焦激光束创建，是开发量子计算和模拟的最有前途的技术之一，将在未来实现非常有益的应用。从药物开发到优化交通流的各种应用都将受益于这项技术

到目前为止，这些处理器已经能够容纳数百个单原子量子系统，其中每个原子代表一个量子比特或量子位作为量子信息的基本单元。为了取得进一步的进展，有必要增加处理器中量子位的数量。达姆施塔特大学物理系原子-光子-量子研究小组的Gerhard Birkl教授领导的团队现在已经实现了这一目标

在2023年10月初首次发布在arXiv预印本服务器上的一篇研究文章中，该团队报告了世界上第一次成功实现量子处理架构的实验，该架构在一个平面内包含1000多个原子量子位

研究人员能够在实验中证明，他们将最新的量子光学方法与先进的微光学技术相结合的方法使他们能够显著提高当前可访问量子位数量的限制

这是通过引入“量子比特增压”的新方法实现的。这使他们能够克服激光器性能有限对可用量子位数量的限制。将总共1305个单原子量子位加载到具有3000个陷阱位置的量子阵列中，并重新组装成具有多达441个量子位的无缺陷靶结构。通过并行使用多个激光源，这一概念突破了迄今为止几乎无法逾越的技术界限

对于许多不同的应用，1000个量子位被视为量子计算机承诺的提高效率的阈值，现在可以首次证明这一阈值。因此，世界各地的研究人员一直在努力成为第一个突破这一门槛的人。Birkl及其同事的这项研究描述了激光源数量的进一步增加将如何在短短几年内使量子位数量达到10000个甚至更多