中性原子有助为下一代量子计算机提供动力

　　一月份发表在《自然物理学》杂志上的一篇论文描述了被困在光学镊子中的中性原子的行径，这些原子将作为单独的量子比特发挥作用，并由＂光镊＂控制
　　QuEra的中性原子量子计算机的原型
　　在构建实用量子计算机的竞赛中有一个转折点。几家公司认为，有一种更好的方法来创建量子计算机的基本单元量子比特，而不是IBM和谷歌等巨头所追求的主要方法。
　　为了支持量子计算机的基本设计，请将量子比特视为经典计算机中包含的二进制比特的量子等价物。但是，量子比特不是像比特（ 1 或 0）那样存储开或关状态，而是存储波形，这允许它们的值为 1、0 或两者的组合。为了展示这些量子特性，物体必须非常小或非常冷。从理论上讲，与比特相比，这种质量允许量子比特执行更复杂的计算。但实际上，量子比特达到的唯一状态很难维持，一旦状态丢失，这些量子比特中携带的信息也很难维持。因此，量子比特可以在这个量子状态下停留多长时间目前设定了可以执行的计算的限制。
　　在构建有用的量子计算机的竞赛中，IBM是领跑者，它对这些基本计算单元的方法是称为超导量子比特的装置。这种技术涉及工程小块超导金属和绝缘体，以制造一种在超冷环境中表现得像人造原子的材料。
　　但对于QuEra，Atom Computing，Pasqal等新兴公司来说，他们正在寻求尝试新的东西，并使用中性原子构建量子计算机，这长期以来一直被视为一个有前途的平台。中性原子是包含平衡量的正电荷和负电荷的原子。
　　以前，这种方法在很大程度上已经由小公司和大学实验室进行了测试，但这可能很快就会开始改变。专家在 2021 年告诉 PopSci，使用由中性原子制成的量子位在某些方面可能比制造人造原子更容易。
　　中性原子量子计算机原型中的激光器
　　例如，QuEra使用铷原子作为量子比特。铷在元素周期表中作为碱性金属之一出现，原子序数为37。为了让原子携带量子信息，研究人员将用激光照射它，将其激发到不同的能级。其中两个级别可以隔离，并标记为量子比特的 0 和 1 值。在激发态下，原子可以与附近的其他原子相互作用。激光还充当单个原子的＂光镊＂，将它们固定到位并减少它们的运动，从而使它们冷却并使它们更容易使用。该公司表示，它可以在灵活的配置中将数千个激光捕获的原子包装在一平方毫米内。QuEra声称他们有时实现了超过1秒的相干时间（相干时间是量子比特保持其量子特性的时间）。相比之下，IBM量子芯片的平均相干时间约为300微秒。
　　为了组装多个量子比特，物理学家将单个激光束分成多个，例如通过它通过由液晶制成的屏幕。这可以创建数百个镊子的阵列，每个镊子都捕获自己的原子，这项技术的一个主要优点是物理学家可以组合多种类型的镊子，其中一些可以快速移动 - 它们携带的原子......这使得该技术比其他平台（如超导体）更灵活，其中每个量子比特只能与芯片上的直接邻居进行交互。
　　目前，QuEra能够处理大约256个量子比特，并作为亚马逊网络服务量子计算服务的一部分提供。根据亚马逊的一篇博客文章，这些基于中性原子的处理器适用于＂在图模式中排列原子，并解决某些组合优化问题＂。
　　与此同时，Atom Computing将其量子位基于碱土金属锶，使用真空室，磁场和激光来创建其阵列。它的原型引起了五角大楼DARPA研究部门的注意，最近作为该机构公用事业规模量子计算系统（US2QC）计划的一部分获得了资金。