Nat Commun：中国团队演示光纤阵列中的里德堡阻塞，为高保真度两比特门奠定基础

前沿摘要

近日，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院、武汉量子技术研究院等团队在《Nature Communications》(https://doi.org/10.1038/s41467-025-64738-8)上发表重要研究成果。该研究提出并实验验证了一种基于光纤阵列的中性原子量子计算架构，实现了对单个原子的高精度独立操控与并行门操作，为scalable量子处理器的开发提供了新路径。

核心内容

1.创新架构 

  研究团队提出并实验验证了一种基于光纤阵列的中性原子量子计算架构。每个原子由一个独立的光纤通道控制，囚禁光与寻址激光从同一光纤出射，实现了天然的共路对准，大幅提升控制的稳定性与并行性。 

2.高精度操控 

  在实验中，他们成功捕获并独立操控了10个单原子，实现了：

  单量子比特门平均保真度达0.9966(3)；

  并行单量子比特门在四个随机选择的原子上同步执行，平均保真度达0.9961(4)；

  观测到相邻原子间的里德堡阻塞效应，为后续实现高保真度两比特门奠定基础。 

3.技术优势 

  相较于传统使用AOD或SLM的方案，光纤阵列架构具备：

  自然对准：囚禁与寻址光路一致，避免机械漂移；

  高并行性：支持任意量子比特的同时独立操控；

  强扩展性：可通过复制光学模块与光纤通道实现规模扩展。

研究意义

为高效执行量子算法铺平道路 

 该架构支持高度并行的量子门操作，显著提升量子电路执行效率，尤其适用于需要快速、高并行计算的NISQ（含噪声中等规模量子）时代。 

推动中性原子量子计算走向实用化 

 通过解决光学对准、串扰控制等关键技术难题，该研究为构建大规模、高保真度的中性原子量子处理器提供了可行的技术路径。 

展示中国在量子硬件领域的创新能力 

 该工作不仅在实验上实现了世界领先的操控精度，更在架构设计上提出具有自主知识产权的解决方案，彰显中国在量子科技前沿的研发实力。

结语

这项研究不仅是中性原子量子计算操控技术的重要突破，也为未来实现大规模、高并行的量子算法执行与量子纠错奠定了基础。随着集成光子技术的进一步发展，光纤阵列架构有望成为构建实用化中性原子量子计算机的核心技术之一。

图1:实验方案

图2:单原子量子比特阵列的个别寻址

图3:全阵列同步拉姆齐实

图4:在任意四个量子比特上进行的并行随机基准校准

图5:两个单原子间的里德伯激发与阻塞效应

【注】小编水平有限，若有误，请联系修改；若侵权，请联系删除！