近日，中科院精密測量研究院詹明生團隊實現(xiàn)了二維的異核單原子陣列，原子陣列的填充效率達到88%以上，為基于異核單原子陣列的量子計算、量子模擬和超冷分子陣列的研究開辟了新的途徑。

前述研究成果近期發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)，并作為重要研究成果入選為編輯推薦論文和物理特色論文。同時，美國物理學(xué)會網(wǎng)刊發(fā)文“由兩種類型的原子組成的量子計算陣列(Quantum Computing Arrays Made of Two Types of Atom)”對這一研究成果進行評述。

圖片來自《物理評論快報》(Physical Review Letters)

在量子計算和量子模擬的研究中，當量子位（Qubit，也可譯作量子比特）的數(shù)量擴展后，同核體系在量子邏輯門操作，以及量子位的初始化和狀態(tài)讀出時，存在明顯的串擾問題。

避免串擾的一個途徑，是利用異種原子共振頻率的差異，從而建立光譜隔離的異種原子量子位體系，即異核原子體系。該體系可用于執(zhí)行量子計算中不同的任務(wù)：比如，一種原子量子位作為糾錯碼中的校驗子，另一種原子作為數(shù)據(jù)量子位，如此可以有效地執(zhí)行糾錯并避免串擾。前述體系也可用于量子模擬，因為額外的操控自由度為多組分、多自旋體系的模擬提供了條件。

相比同核體系，異核原子體系在量子模擬、量子計算和量子精密測量等領(lǐng)域有更加廣闊的應(yīng)用前景。此外，異種原子陣列體系的建立，也是實現(xiàn)極性單分子陣列合成的必要途徑。但該體系建立的難點在于異核單原子的裝載和重排中對錯位原子的處理。因此，無缺陷的異核原子陣列在國際上尚未見報道過。

此次，詹明生研究團隊在研究員何曉東、許鵬攻關(guān)下，通過精確調(diào)控激光的失諧和功率解決了兩種原子均勻裝載的問題，并發(fā)展了集團啟發(fā)算法結(jié)合優(yōu)先級標定的算法，有效地排列了錯位的原子，實現(xiàn)了15個87Rb加15個85Rb（Rb為化學(xué)元素銣）的異核單原子陣列。團隊演示了該算法對不同二維原子陣列排列的有效性，展示了棋盤型、晶格交叉型、斑馬線型等多種構(gòu)型原子陣列。

圖片來自中科院精密測量研究院

至此，結(jié)合在異核原子量子糾纏、魔幻光阱異核原子均衡相干時間，以及異核原子相干形成單分子等方面的前期工作，中科院精密測量研究院詹明生團隊成功創(chuàng)建了獨具特色的雙組份單原子陣列平臺，未來有望在基于該多體量子平臺的量子計算、量子模擬、單分子陣列、精密測量、多體物理等多方面研究中取得突出進展。

特別研究助理盛誠為論文第一作者，鄭州大學(xué)博士后郭瑞軍參與該項研究。研究得到了科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、中科院先導(dǎo)專項和中科院青年創(chuàng)新促進會項目的資助。