当一个量子计算机需要同时操控2000个原子,每根激光都像一只精密的镊子,把它们逐个推到亚微米级的位置——这件听起来极复杂的事,最近被一个德国团队做成了。

在斯图加特大学第5物理研究所,一台量子计算机正在建造。而远在亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT),为它量身打造了一套高度复杂的激光光学系统。这个系统能在计算机极为紧凑的真空室中,投下由2000束独立可控的激光组成的阵列,每一束都充当“光镊”,稳稳困住一个里德伯原子

说人话就是:他们给每一个用于计算的原子,都分配了一把看不见的光钳子,可以隔着真空把它们推来搡去,误差不超过千分之一毫米。

里德伯原子听起来陌生,但它其实是原子的一种“膨胀”状态——最外层的电子被推到离核极远的轨道上,变得巨大而敏感。正因为它对外界电场磁场反应强烈,才特别适合做量子计算的比特。但敏感也意味着难伺候:想把它们固定在特定位置上,还要排成阵列,就像用风扇吹着一堆蒲公英,同时让每一朵都悬停在指定坐标上。

这次公布的系统,展示了一个可能的解决方案。2000束激光一一对应2000个原子,每束光的强度和指向都可以被独立调节,从而在真空室内创造出稳定、可重构的原子阵列。它把原来实验室里“摆弄几个原子”的工夫,直接拉升到能操控上千个的规模。

当然,能精准困住原子只是第一步。让它们彼此相互作用、执行量子门操作、最后读出结果,还有一长串难题摆在眼前。但能一次调度2000个量子比特候选者,已经让这台正在拼装的量子计算机,看到了从“搭建骨架”到“长出血肉”的可能性。