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光镊技术新飞跃:北大镱原子阵列与哥大超表面共启量子计算新篇章

时间:2026-09-13 17:26:05来源:快讯编辑:快讯

量子计算领域迎来关键进展,光镊技术凭借其独特优势正成为推动该领域突破的重要力量。近期,北京大学现代光学研究所团队在类碱土原子光镊阵列研究上取得重大突破,成功实现单次实验捕获2437个镱-174原子,构建出当前规模最大的类碱土原子光镊阵列。这一成果有效解决了镱原子阵列长期面临的规模限制问题,为中性原子量子计算的发展注入新动能。

该团队通过可编程空间光调制器生成2939个波长为532纳米的光镊,并创新性地引入蓝失谐光辅助碰撞机制。通过精准调控碰撞光参数,使近3000个光阱的平均装载效率提升至83.5%,装载后原子的成像保真度达99.3%,单次成像存活率达99.1%。类碱土原子如镱、锶等因具备特殊能级结构,在量子纠错和计算中具有独特价值,但此前其光镊阵列规模始终落后于碱金属原子,成为制约大规模中性原子量子处理器构建的主要障碍。此次突破为相关领域研究开辟了新路径。

在光镊技术规模化应用方面,国际研究团队同样取得显著成果。美国哥伦比亚大学研究团队提出利用全息超表面替代传统空间光调制器的技术方案,成功构建包含超36万个光镊陷阱的原子阵列。该方案通过亚波长结构的超表面材料,将入射光高效衍射为大量聚焦光束,不仅实现了单原子的稳定捕获,更为解决量子计算扩展性难题提供了全新思路。相关成果发表于《自然》期刊,标志着光镊技术向超大规模应用迈出重要一步。

与此同时,光镊技术的自动化与微纳操控精度也在持续提升。瑞典研究团队开发出名为SmartTrap的AI系统,通过机器学习算法实现光镊的全自动操作,显著提升了实验效率与稳定性。深圳大学团队则研发出冰相光热镊技术,在低温环境下实现80纳米级粒子的可编程组装,将光镊的操控精度推向新高度。这些进展共同推动光镊技术向量子计算与微纳制造领域深度渗透。

从北大团队的类碱土原子阵列突破,到哥伦比亚大学的超大规模光镊构建;从AI驱动的自动化操作,到纳米级精准组装,光镊技术正通过多维度创新重塑量子计算与微纳操控的格局。随着研究不断深入,这一技术有望在量子信息处理、生物医学工程等领域引发更多变革性应用。

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