研究人员下一步旨在实现原子纠缠，这是解锁全规模量子计算的关键步骤。

量子计算机需要海量量子比特来解决科学和技术领域的尖端难题。与经典比特不同，量子比特可以同时处于两种状态，这种特性被称为叠加态。

该特性使得新型强大计算成为可能，但也导致量子比特极其脆弱。为实现误差控制，未来量子机器需要数十万个量子比特。

加州理工学院物理学家近日在这一领域取得重大突破。他们成功创建了有史以来最大规模的量子比特阵列 —— 6100个中性原子量子比特，这些原子通过激光束固定悬浮。此前类似阵列仅能维持数百个量子比特。

中性原子量子比特规模化突破

研究团队采用光学镊子（高度聚焦的激光束）在真空腔内捕获铯原子。通过将一束激光分割为12000道光学镊子，他们将6100个原子排列成网格状。

"在屏幕上，每个量子比特都清晰可见，如同光点组成的星图，"研究生汉娜·马内奇表示，"这构成了大规模量子硬件令人震撼的视觉图谱。"

核心突破在于实现规模扩张的同时保障质量稳定性。该系统的量子比特叠加态维持时间达13秒，较同类系统提升近10倍。团队对单个量子比特的操控精度更是达到99.98%。

"传统观点认为扩大规模往往以牺牲精度为代价，"研究生野村彪平指出，"但我们的成果证明二者可兼得。没有质量的量子比特毫无价值，如今我们实现了量与质的双赢。"

迈向误差校正与量子纠缠新阶段

研究人员还演示了在保持叠加态的前提下，将原子在阵列中移动数百微米的能力。与超导电路等硬连接系统相比，中性原子量子比特具有这一独特优势。更自由的量子比特移动将助力未来量子机器高效实现误差校正。

马内奇生动比喻道："移动原子时保持稳定，如同端水行走既要防止倾洒；若同时维持叠加态，则需像谨慎慢跑避免水花四溅。"

下一前沿领域是大规模误差校正，这需要数千个物理量子比特支撑。研究生埃利·巴塔耶解释道："量子计算机必须以容错方式编码信息，才能真正完成有价值计算。与经典计算机不同，量子比特无法简单复制，误差校正需依赖更精妙的方法。"

研究团队下一步目标是实现量子比特纠缠。量子纠缠能使粒子群形成统一系统，这既是实现全规模量子计算的基础，也是模拟自然现象（从奇异物态到塑造时空的量子场）的核心机制。

"这是中性原子量子计算的激动时刻，"项目首席研究员曼努埃尔·恩德雷斯教授表示，"我们现在看到了通往大型容错量子计算机的清晰路径，基础构建模块已就位。"

正如马内奇所言，这项技术的意义远超机器制造本身："我们正在创造能揭示宇宙奥秘的机器，这种量子力学特有的认知方式令人振奋。"

该项突破性研究已发表于《自然》期刊。

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