迄今最快的雙量子位門實現

日本國立自然科學研究院分子科學研究所(IMS)的科學家使用光鑷來捕獲兩個冷卻到幾乎絕對零且僅相隔一微米的原子，然后用僅發光10皮秒(1皮秒為萬億分之一秒)的特殊激光束操縱原子，成功執行了世界上最快的雙量子位門，其運行時間僅為6.5納秒(1納秒為十億分之一秒)。8月8日發表在《自然·光子學》在線版上的該成果，有望催生全新的量子計算機硬件，突破目前正在開發的超導和離子阱量子計算機的限制。

冷原子平臺已成為量子計算機硬件最有希望的候選裝置之一。與超導和離子阱類型相比，它可很容易地擴大到更大的規模，同時保持高相干性，這使其具有革命性的潛力，并作為下一代量子計算機硬件吸引了各界的關注。

量子門是構成量子計算的基本算術元素，包括單量子位門和雙量子位門。這次成功實現的是最重要的雙量子位門之一，稱為“受控Z門”。量子門的精度(保真度)很容易受到來自外部環境和工作激光器噪聲的影響，這使得量子計算機的發展變得困難。由于噪聲的時間尺度一般慢于1微秒，如果能夠實現比這快的量子門，就可以避免因噪聲而導致計算精度下降，將更接近于實現一臺實用的量子計算機。

在過去的20年里，所有的量子計算機硬件都在追求更快的門。這次使用冷原子硬件實現的6.5納秒超快門比噪聲快兩個數量級以上，因此可忽略噪聲的影響。而之前的世界紀錄是15納秒。

新實驗使用銣原子進行。……