中性原子实现速度优化的量子计算

实现纠错逻辑量子比特是当前数字量子计算机发展的核心目标。中性原子体系凭借长程连通性和并行原子输运能力,为实现高效量子纠错提供了原子相干穿梭的可能性。然而,原子输运的时间开销与复杂控制硬件对现有架构的扩展提出了挑战。本研究在面向量子纠错的中性原子架构中引入了原子速度这一新自由度。通过受控多普勒频移,该团队演示了对运动原子进行速度选择的中途态制备与测量,同时保持旁观原子不受干扰。进一步地,研究人员通过将微米级原子位移映射至全局控制光束的空间相位,实现了飞行中的局域单量子比特旋转。结合保真度达99.86(4)%的CZ纠缠门,该工作实验性地实现了量子纠错与测量型量子计算的关键原语:制备了平均稳定子值为0.830(4)的八量子比特簇态,构建了逻辑贝尔态保真度99.0(3)%的[[4,2,2]]错误检测码,并利用飞行辅助比特完成稳定子测量。这种速度调控架构仅需全局光束即可对连续运动原子实施选择性操作,在降低硬件开销的同时最小化穿梭与传输延迟,为快速、大规模原子量子计算开辟了新路径。

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提交arXiv: 2026-03-16 17:24

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