量子计算新进展：研究团队用激光束实现单个中性原子的囚禁

近日，MIT哈佛的量子研究团队发明了一项新技术，用激光束将原子从原子云中一个一个孤立出来，而且不带电荷。目前他们已将创造出了由 50 个原子构成的原子阵列，其中的每个原子都能单独控制。科学家们会用照相机拍下这些被囚禁的原子及其位置的图像，然后基于这些图像，操作激光束的角度，来移动单个原子形成任意数量的不同组态（configurations）。

原子、光子和其他量子粒子天生顽固；很少处于停顿状态，同一种量子粒子间常常产生碰撞。如果能把大量量子一个个单独用量子围栏拦起来控制住，就可以将它们作为量子比特——一种极小的信息单元，其状态和方向可用来进行计算，速度要比当下基于半导体的计算机芯片快上很多。

最近几年，科学家想了很多方法来把每个量子单独囚禁起来控制住。但是这类技术很难能扩展，因为缺少操控大量原子的可靠方法，这是实现量子计算的重大障碍。

现在，来自哈佛和 MIT 的科学家发现了一种有望解决这一问题的方法。相关论文发表在近日的 Science 杂志上，论文中提到他们发现一种新的方法，使用激光器或「光钳」（optical「tweezers」）来将原子一个一个从原子云中挑出来囚禁在某个地方。当原子被「囚禁」时，科学家们会用照相机拍下这些原子及其位置的图像。然后基于这些原子的图像，操作激光光束的角度，来移动单个原子形成任意数量的不同组态（configurations）。

该研究团队目前已将创造出了由 50 个原子构成的原子阵列，并操控它们进入各种无缺陷的形状（pattern），其中的每个原子都能单独控制。论文作者之一，MIT 物理系的 Lester Wolfe 教授 Vladan Vuletic，将这一过程比喻为「从底部向上建立一个原子的小晶体。」

我们已经展示了一个可重复组态的（reconfigurable）单个原子的陷阱阵列，在这里面我们能确切地在分开的陷阱中将 50 个原子单独囚禁，用于未来的量子信息处理、量子模拟或者精确度测量，」Vuletic 说，他也是 MIT 电子研究实验室的成员。「就好像把原子当乐高积木来玩，你可以决定每块积木的位置。」