资料来源：科学日报
中国科学技术大学的潘剑伟和袁振生在理论和实验上实现了一种新的深原子冷却机制，首次实现了在光学晶格中同时制备1250对高保真纠缠态，为基于过冷原子光学晶格的大规模量子计算和模拟奠定了基础。最近，国际学术期刊《科学》以“第一轮”的形式在网上公布了研究成果，受到了评论家的高度评价。
量子纠缠是量子计算的核心资源，量子计算能力将随着纠缠比特数的增加而呈指数增长。因此，高质量纠缠粒子对的同步制备是实现大规模纠缠态的首要条件。然而，由于纠缠对的质量和量子逻辑门的控制精度，在实际量子计算和模拟人们所能准备的最大纠缠态距离所需的纠缠比特的数量和保真度上仍然存在很大的差距。
光学晶格过冷原子比特和超导比特具有良好的可扩展性和高精度的量子操控，是最有可能率先实现大规模量子纠缠的系统。该研究小组首次提出了一种新的冷却机制，利用交错晶格结构将处于绝缘状态的冷原子浸入超流态。通过原子和熵在绝缘态和超流态之间的高效交换，系统中的热量主要以超流态低能激发的形式储存，然后通过精确的调控手段去除超流态，从而获得低熵的理想填充晶格。实验实现了这一制冷过程。制冷后，系统的熵减少了65倍，达到了创纪录的低熵，极大地提高了晶格中原子的填充率，达到99.9%以上。在此基础上，他们开发了一个双原子位高速纠缠门，获得了1250对纠缠原子，纠缠保真度为99.3%。
在此基础上，该研究团队将通过连接多对纠缠原子来制备数十到数百个原子比特的纠缠态，从而实现复杂强关联多体系统的单向量子计算和量子模拟。同时，本工作中的新制冷技术将有助于超冷费米子系统的深度冷却，使系统达到模拟高温超导物理机制的苛刻温度区。研究成果将极大地推动量子计算和模拟的发展。
