中国科学家在量子纠缠研究上有新突破，是迈向可扩展量子计算的一步 

中国科学家表示，他们通过在激光陷阱中实现多个超冷原子（multiple ultracold atoms）的纠缠，在开发实用的量子计算机处理器的道路上取得了突破。

虽然之前的研究只能一次纠缠两个原子，但该团队开发了新的实验设备和方法，分别在二维块和一维链中连接了8个和10个原子，这是准备和操纵大规模原子纠缠的关键一步。

中国科学技术大学（USTC）的科学家潘建伟（音译：Pan Jianwei）及其来自清华大学和复旦大学的同事们，在上个月发表在同行评审的《物理评论快报》杂志上的论文中写道，该研究提供了“朝可扩展量子计算和模拟迈进的新平台”。

量子纠缠（Quantum entanglement）是量子力学世界中一个奇异的现象，其中两个或多个粒子被连接起来，并且无论它们在空间中相距多远，总是共享一个统一的量子态。

这是量子算法中的关键因素，可以帮助开发更快、更强大的计算机。

例如，一个拥有10个量子比特（或量子位，quantum bits, or qubits）的量子计算机所代表的内存量等同于传统计算机的2^10 比特，并且其计算能力随纠缠粒子数量的增加而呈指数增长。

科学家一直在使用一种被称为光学点阵的设备，这是用于像在纸盒中一样捕获原子的激光束网，作为量子计算机的有前景的平台。

然而，他们在一个关键步骤中遇到了困难——如何一次纠缠多于两个的原子以实现可扩展性。

中科大的潘建伟团队自2010年以来，一直在研究基于光学点阵的超冷原子系统，并且在之前的实验中已经实现了超过1000对铷原子（rubidium atoms）的纠缠。

然而，他们的工作缺乏对单个原子量子比特的精确控制，以及确认多原子纠缠态的有效方法。

根据该论文，为了新的研究，被称为中国的“量子之父”的潘建伟和他的同事们开发了多种新的仪器和技术，包括所谓的光学超点阵（optical superlattice）、量子气体显微镜（quantum gas microscope）和三个数字微镜设备，以单原子分辨率创建和验证多原子的纠缠。

使用大约100个超冷的铷原子，他们能够以超过95%的保真度和超过两秒的寿命制作纠缠对。

然后，他们将纠缠对连接成一维的10原子链和二维的8原子板块，并观察以确保每个组中的所有原子都同时被纠缠。

研究人员说，他们的实验显示了生成多部分纠缠态的路线图中的基本要素，以及纠缠团体的“构建模块”为更大规模、实用的量子计算开辟了途径。