中国科学技术大学潘建伟，苑震生等从理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上，并初次实现了光晶格中1250对原子高保真纠缠态的同步制备，为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。近日，学术期刊《科学》杂志以“首发”的形式在线发表了研究成果，审稿人给予了很高的评价。多级泵
量子纠缠是量子计算的核心资源。量子计算的能力将随着纠缠位数的增加而呈指数增长。因此，同时制备高质量的纠缠粒子对是实现大规模纠缠态的主要条件。但是，由于纠缠对的品质和量子逻辑门的操纵精度，人们目前可以准备的最大纠缠态距离实用化的量子计算和模拟所需的纠缠比特数和保真度还有很大差距。隔膜泵
光晶格超冷原子比特和超导比特具有良好的可扩展性和高精度的量子可操纵性，并且最有可能成为第一个实现大规模量子纠缠的系统。研究团队首先提出了一种新的制冷机制，该机制使用交错的晶格结构将处于绝缘状态的冷原子浸入超流体状态。通过绝缘状态和超流体状态之间原子和熵的有效交换，系统中的热量主要以超流体低能激发的形式存储，然后通过精确的控制手段去除超流体状态，从而获得具有低熵的完美填充晶格。该实验实现了这种冷却过程，该过程在冷却后将系统的熵降低了65倍，并达到了创纪录的低熵，从而使晶格中的原子填充率大大提高到99.9％以上。在此基础上，他们开发出了两原子比特的高速纠缠，获得了1250对纠缠原子，其纠缠保真度为99.3％。油桶泵
在此基础上，研究团队将通过连接多对纠缠的原子来准备数十至数百个原子位的纠缠态，用以开展单向量子计算和复杂强关联多体系统量子模拟研究。同时，这项工作中的新制冷技术将有助于过冷费米子系统的深度冷却，使系统达到模拟高温超导物理机制的苛刻温度区域。研究成果将大大促进量子计算和模拟领域的发展。潜水泵
