连续运行3000量子比特相干系统
中性原子是量子科学领域极具前景的平台,能够推动从量子模拟和量子计算到计量学、原子钟和量子网络等领域的进步。尽管原子损耗通常限制了这些系统只能以脉冲模式运行,但连续运行可以显著提高循环速率,消除计量学中的瓶颈,并通过量子纠错实现深度电路量子演化。本文展示了一种用于大规模原子阵列系统的高速重载和连续运行的实验架构,同时实现了量子信息的相干存储和操控。我们的方法利用一系列两根光晶格传送带将原子库输送到实验区域,在那里,原子被反复提取到光镊中,而不会影响附近存储的量子比特的相干性。利用每秒30万个原子在镊子中的重新加载速率,我们每秒创建超过3万个初始化的量子比特,并以此为基础组装和维持一个包含3000多个原子的阵列超过2小时。此外,我们展示了在保持存储量子比特量子态的同时,持续地用处于自旋极化或相干叠加态的原子量子比特填充该阵列。我们的研究成果为实现大规模连续运行的原子钟、传感器和容错量子计算机铺平了道路。