中國科學技術(shù)大學潘建偉，苑震生等從理論上提出并實驗實現(xiàn)原子深度冷卻新機制的基礎上，并初次實現(xiàn)了光晶格中1250對原子高保真糾纏態(tài)的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規(guī)模化量子計算與模擬奠定了基礎。近日，學術(shù)期刊《科學》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價。多級泵

量子糾纏是量子計算的核心資源。量子計算的能力將隨著糾纏位數(shù)的增加而呈指數(shù)增長。因此，同時制備高質(zhì)量的糾纏粒子對是實現(xiàn)大規(guī)模糾纏態(tài)的主要條件。但是，由于糾纏對的品質(zhì)和量子邏輯門的操縱精度，人們目前可以準備的最大糾纏態(tài)距離實用化的量子計算和模擬所需的糾纏比特數(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比特具有良好的可擴展性和高精度的量子可操縱性，并且最有可能成為第一個實現(xiàn)大規(guī)模量子糾纏的系統(tǒng)。研究團隊首先提出了一種新的制冷機制，該機制使用交錯的晶格結(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，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。該實驗實現(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，并達到了創(chuàng)紀錄的低熵，從而使晶格中的原子填充率大大提高到99.9％以上。在此基礎上，他們開發(fā)出了兩原子比特的高速糾纏，獲得了1250對糾纏原子，其糾纏保真度為99.3％。油桶泵

在此基礎上，研究團隊將通過連接多對糾纏的原子來準備數(shù)十至數(shù)百個原子位的糾纏態(tài)，用以開展單向量子計算和復雜強關(guān)聯(lián)多體系統(tǒng)量子模擬研究。同時，這項工作中的新制冷技術(shù)將有助于過冷費米子系統(tǒng)的深度冷卻，使系統(tǒng)達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫度區(qū)域。研究成果將大大促進量子計算和模擬領(lǐng)域的發(fā)展。潛水泵