解放日报·上观新闻记者昨天从市科委获悉，上海企业璇相科技研制出全球首款可产生百万级原子光镊阵列的超表面芯片，并与另一家上海企业中器无量合作，在中性原子实验平台上完成了系统级验证。这项成果标志着我国在大规模中性原子量子计算的硬件领域取得重要突破，成为上海量子产业链围绕科学和工程交叉问题，实现“科学需求牵引芯片研发，芯片突破推动系统升级”的协同创新范本。
量子计算是我国重点布局的未来产业之一，它遵循量子力学规律，有望在药物研发、化学催化、材料合成、密码分析等多个领域提供远超经典计算机的算力。要打造有实用价值的通用容错量子计算系统，必须在保持高保真操控、低串扰、可纠错架构兼容性和系统长期稳定性的基础上，实现量子比特规模向百万级跃迁。
中性原子量子计算实验装置
在量子计算领域，量子比特是基本单元，实现量子比特的物理载体叫物理比特。无论是复杂科学计算，还是面向密码分析等高难度任务，量子计算系统都需要足够大的量子比特规模和纠错资源作为支撑。从全球范围看，各条技术路线的量子计算与实现“百万级物理比特的稳定运行和工程化部署”这一目标还有很大差距。
近年来，上海涌现出中器无量、太一量生、不筹量子等多家走中性原子技术路线的量子计算企业。中性原子是整体呈电中性的原子，科学家能用激光操控中性原子的量子态，将其作为量子比特，打造原子量子计算机。
目前，中性原子阵列规模的世界纪录由加州理工学院团队保持，他们用空间光调制器生成约12000个光镊位点，困住6100个铯原子，即实现了6100个物理比特。如何超越千级物理比特，早日实现百万级超大规模原子阵列？璇相科技采用新兴的超表面（一种由亚波长尺度的纳米柱阵列构成的平面光学器件）技术路线，提出了芯片级工程化解决方案。经过持续攻关，一款百万级超表面光镊阵列芯片近日问世。
超表面原子光镊艺术渲染图
这颗指尖大小的芯片，集成了数亿个纳米级光学单元，可将单束激光直接转化为百万级光镊阵列，显著降低了原子光镊系统的复杂度。该芯片具有标准化集成与批量复制迭代的产业化优势，为迈向百万比特级量子计算补齐了关键前置硬件能力，还可赋能量子精密测量等前沿应用领域。
百万光镊阵列测试结果图，图中可见密集的光镊位点分布。
百万级光镊阵列对芯片设计、微纳加工、光场表征和系统适配提出了很高要求，现有中性原子实验平台中的许多关键部件尚未适配如此大规模的阵列。为此，璇相科技与中器无量合作，围绕光路耦合、阵列表征、平台适配与测试流程等关键环节，开展了多轮协同验证。中器无量的中性原子实验平台为芯片提供真实运行环境，并将系统对光镊阵列的实际需求反馈至芯片设计、制备和验证迭代中。如今，两家企业已共同完成百万级超表面光镊芯片从制备、光场测试到实机验证的闭环。
未来，璇相科技将继续依托上海在中性原子量子计算、光芯片、精密光学、微纳制造和高端激光器件等方向的协同基础，联合量子产业生态伙伴，持续攻关十万级以上原子装载、整机系统集成和长期稳定运行等核心工程化课题，推动通用容错量子计算加速落地，早日在一些科研和产业领域产生超越经典计算的量子优势。
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