此次研究中，超表面像素尺寸小于200纳米，远低于所操控的520纳米激光波长，可在无需额外光学系统 的情况下同时生成成千上万个聚焦点。研究人员表示，这种超表面相当于在同一平面上集成了成千上万 个微型透镜，可一次性产生大规模光镊阵列。 目前最先进的量子计算机约有1000个量子比特，而美国哥伦比亚大学团队正试图将这一数字提升两个数 量级以上。他们首次将光镊与超表面技术结合，提出并验证了一种可扩展的中性原子阵列技术，为构建 超过10万个量子比特的量子计算机奠定基础。相关成果发表在新一期《自然》杂志上。 中性原子阵列是构建量子计算机的新兴平台。研究团队在实验中俘获1000个锶原子，并验证该方法可在 原理上扩展至10万个以上，这些原子未来或可作为量子比特使用。 原子在量子计算中具有天然优势，可稳定呈现量子叠加和纠缠等特性，且彼此完全一致，无需像固态量 子比特那样校准与同步。但难点在于如何实现大规模精确操控。 过去十多年，科学家通常利用空间光调制器或声光偏转器生成光镊阵列。单个光镊是一束高度聚焦的激 光，可将单个原子固定在焦点上，阵列则由许多光镊组成，但设备复杂、体积庞大，限制了阵列规模。 此外，超表面由氮化硅和二氧化钛制 ...

此外，超表面由氮化硅和二氧化钛制成，可承受超过2000瓦/平方毫米的激光强度，约为地表太阳光的 100万倍，这为大规模俘获原子提供了条件。 实验中，团队构建了多种高度均匀的二维原子阵列，还制备了一块直径3.5毫米，包含超过1亿个像素的 超表面，可生成600×600阵列，总计36万个光镊，规模比现有技术提升两个数量级。 该技术不仅有望推动大规模量子计算发展，还可应用于量子模拟和高精度光学原子钟等中性原子量子技 术。 （文章来源：科技日报） 中性原子阵列是构建量子计算机的新兴平台。研究团队在实验中俘获1000个锶原子，并验证该方法可在 原理上扩展至10万个以上，这些原子未来或可作为量子比特使用。 原子在量子计算中具有天然优势，可稳定呈现量子叠加和纠缠等特性，且彼此完全一致，无需像固态量 子比特那样校准与同步。但难点在于如何实现大规模精确操控。 过去十多年，科学家通常利用空间光调制器或声光偏转器生成光镊阵列。单个光镊是一束高度聚焦的激 光，可将单个原子固定在焦点上，阵列则由许多光镊组成，但设备复杂、体积庞大，限制了阵列规模。 此次研究中，超表面像素尺寸小于200纳米，远低于所操控的520纳米激光波长，可在无需额外光 ...

文章核心观点 - 量子计算领域正从单一的乐观叙事转向多元审慎的公共讨论 其发展面临来自物理学界对物理原理本身的结构性质疑 而非仅仅是工程挑战 三十余年的实践进展与宏大技术承诺之间存在明显落差 对“通用量子计算”等宏大目标的前景保持理性审慎是必要的 [1][5][7][10] 对量子计算质疑的来源与性质 - 对量子计算的质疑主要来自理论物理、计算基础等领域的顶尖专家学者 包括诺贝尔奖获得者 而非外行或情绪化判断 [2][3] - 相关质疑的核心涉及大规模纠缠的物理区间验证、噪声对量子纠错的阻碍、微扰对相干性的破坏、底层物理世界的离散性限制以及引力诱导坍缩等根本性物理问题 [3] - 科学讨论应关注质疑本身的逻辑与证据 而非传播者的身份 [4] 中国物理学家的核心质疑 - 国内顶级高校物理系教授指出 当前量子计算的发展路径正回归到费曼1980年提出的量子模拟原始构想 这与之前宣传的“通用量子计算”、“指数级算力跃迁”等宏大目标差距显著 [5] - 另一根本性质疑在于 量子计算所要求的极低温、极高隔离度的理想量子体系在真实物理世界中可能无法存在 系统规模扩大后热力学效应将不可避免 这构成了物理本身的结构性约束 [6] 实践进展与宏大叙事的落差 - 以Shor算法为例 自1994年提出以来 纯量子硬件分解大整数的能力三十年来仍停留在两位数 例如2001年分解15 2012年分解21 2019年尝试分解35成功率仅14% 要破解2048位RSA密码不具备可行性 [7][8][9][10] - 现有量子计算装置在任务规模、稳定性与可靠性上 尚无法与二十多年前的经典台式计算机相比 [10] - 量子计算三十余年的实际产出仍主要停留在实验演示与原理证明阶段 与其长期承载的“即将改变世界”的公共叙事存在明显落差 [7][10] AI对相关质疑的评价 - Gemini认为 问题已进入实证阶段 存在因未来5到10年内无法产出实用纠错逻辑比特而导致“量子寒冬”的投资风险 即便量子计算最终“失败”也将是推动发现“新物理学”的重大科学胜利 [11] - ChatGPT v5.2认为 “量子计算机可能永远不会成功”作为结论过于强硬 但作为提醒是必要且正当的 其价值在于迫使人们审视量子计算宏大承诺所依赖的尚未验证的前提 目前尚无充分理由确信其必然会以人们期待的方式成功 [12][13]

核心观点 - 意大利研究团队提出了一种超高速、低损耗的单原子探测新方法 该方法将强烈的微秒级荧光脉冲与快速再冷却相结合 能在几微秒内完成清晰的单原子成像 同时使超过99.5%的原子保留在光学陷阱中并可重复使用 将单原子成像性能推进到新水平 [1] 技术原理与优势 - 该方法不同于常见的“零或一”二值探测 能够在单个“光镊”中区分并计数多个原子 而不会产生明显成像模糊 实现精确的原子数目原位测量 [3] - 采用类似“相机闪光灯”的策略 在极短时间内对原子进行强烈照射 显著缩短成像时间 同时获得足够高的信噪比 [3] - 成像速度比典型方法快约1000倍 通过短而强的荧光脉冲完成摄像后 再利用快速冷却脉冲去除原子获得的能量 使原子能被反复成像 [3] 应用与实验突破 - 该技术对于中性原子量子计算的规模化发展 下一代原子钟的精度提升以及复杂多体量子模拟研究具有重要意义 [3] - 研究团队首次实现了对费米子同位素镱-173的单原子成像 该同位素具有6个内部基态能级 [3] - 镱-173的特性为构建基于“量子多能级”而非传统量子比特的量子电路提供了实验基础 有望提升量子信息存储与处理效率 [3] 行业影响 - 该成果为中性原子量子技术平台的发展提供了关键工具 有望在量子计算 精密测量和量子模拟等领域发挥重要作用 [4]

文章核心观点 - 基于“祖冲之2号”超导量子处理器首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相 [1] - 该成果标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破 [1] - 为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了基础 [1] 技术突破与实现 - 研究团队在实验中实现了平衡与非平衡二阶拓扑相的量子模拟与探测 [2] - 提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案 [2] - 在6×6量子比特阵列上成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作 [2] - 首次成功实现了4种不同类型的非平衡二阶拓扑相 [2] 科学意义与挑战 - 在量子体系中实现高阶拓扑相是为基于非阿贝尔统计的拓扑量子计算提供潜在实现途径 [1] - 实验实现面临两大挑战：精确设计高阶非平衡拓扑哈密顿量以及缺乏直接探测非平衡拓扑性质的有效方法 [1] - 开发了通用的动力学拓扑测量框架并建立了系统化的处理器优化方案 [2]

研究团队与机构 - 中国科学技术大学潘建伟、朱晓波、彭承志、龚明等与山西大学梅锋等合作完成研究 [1] 核心科研成果 - 基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相 [1] - 该成果标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破 [1] - 为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了基础 [1] - 相关研究成果于11月28日发表于国际学术期刊《科学》 [1] 理论突破 - 研究团队提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案 [1] - 解决了在二维超导量子比特阵列中构建高阶平衡与非平衡拓扑哈密顿量的关键难题 [1] - 开发了通用的动力学拓扑测量框架 [1] 实验实现 - 建立了系统化的处理器优化方案，通过精密标定实现了量子比特频率与耦合强度的动态调控 [1] - 在6×6量子比特阵列上，成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作 [1] - 首次成功实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相 [1] - 系统探索了该拓扑相的能谱、动力学行为、拓扑不变量等特征 [1]

研究突破 - 基于可编程超导量子处理器"祖冲之2号"首次在量子体系中实现并探测高阶非平衡拓扑相 [1] - 该成果标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破 [1] - 研究成果于11月28日发表于国际学术期刊《科学》 [1] 行业意义 - 为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定基础 [1]

研究核心成果 - 中国科学技术大学潘建伟院士、朱晓波教授及山西大学梅锋教授等团队，于2025年11月27日在《Science》期刊发表研究论文，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相[1] - 该研究基于可编程超导量子处理器“祖冲之2号”，标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向上取得重要突破，为利用超导量子处理器在量子模拟问题上实现量子优势奠定了基础[1] 研究背景与科学挑战 - 高阶拓扑相在更低维度的边界上出现局域态，挑战了传统的体-边对应关系，其实现有助于揭示拓扑物态的量子本质，并为拓扑量子计算提供潜在实现途径[3] - 非平衡拓扑相表现出平衡体系不具备的特性，如拓扑抽运、动力学拓扑相变等，但二维非平衡高阶拓扑相的实验实现面临两大挑战：精确设计高阶非平衡拓扑哈密顿量，以及缺乏直接探测非平衡拓扑性质的有效方法[4] 理论与实验方法 - 研究团队提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案，解决了在二维超导量子比特阵列中构建高阶平衡与非平衡拓扑哈密顿量的关键难题，并开发了通用的动力学拓扑测量框架[5] - 通过精密标定实现量子比特频率与耦合强度的动态调控，在6×6量子比特阵列上成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作[5][6] 实验结果与意义 - 首次成功实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相，并系统探索了该拓扑相的能谱、动力学行为、拓扑不变量等特征，实验探测结果与理论预言一致[5][7] - 审稿人高度评价该工作，认为其在以往一维实验基础上取得重要突破，扩展到二维体系是一次显著提升，所发展的测量与分析非平衡拓扑物态的理论方法具有新颖性和趣味性[5]

核心观点 - 中国科学技术大学等合作团队基于“祖冲之二号”超导量子处理器，首次在量子体系中实现并探测了高阶非平衡拓扑相，标志着量子模拟在探索复杂拓扑物态方向取得重要突破，为在量子模拟问题上实现量子优势奠定基础 [1] 研究成果与意义 - 该成果在国际学术期刊《科学》上发表 [1] - 实现高阶拓扑相有助于揭示拓扑物态的量子本质，并为基于非阿贝尔统计的拓扑量子计算提供了潜在实现途径 [3] 技术实现与实验细节 - 研究团队基于“祖冲之二号”的可编程能力，首次在实验中实现了平衡与非平衡二阶拓扑相的量子模拟与探测 [5] - 团队提出了针对高阶拓扑相的静态与Floquet量子线路设计方案，解决了在二维超导量子比特阵列中构建高阶平衡与非平衡拓扑哈密顿量的关键难题，并开发了通用的动力学拓扑测量框架 [6] - 通过精密标定实现量子比特频率与耦合强度的动态调控，在6×6量子比特阵列上成功执行了多达50个Floquet周期的演化操作 [6] - 首次成功实现了四种不同类型的非平衡二阶拓扑相，并系统探索了该拓扑相的能谱、动力学行为、拓扑不变量等特征 [6] - 实验实现了对于非平衡二阶拓扑物态准能谱信息的探测，与理论预言结果一致 [7] 研究背景与挑战 - 高阶拓扑相在更低维度的边界上出现局域态，挑战了传统的体-边对应关系 [3] - 尽管在经典超材料中已实现高阶拓扑相的实验，但在量子体系中实现高阶拓扑相一直是国际前沿的科学挑战 [3]

行业技术进展 - 中国自主研发的量子计算原型机“祖冲之三号”刷新超导体系全球量子计算优越性新纪录 [4] - 中国科研团队制备出保真度达99.4%的新型量子纠缠光源 为更先进量子应用奠定基础 [4] - 中国在量子通信领域成功构建300公里级量子直接通信网络 验证长距离高安全通信可行性 [4] - 中国研制出504个比特数的超导量子计算机 [4] 市场表现 - A股量子科技板块在9月22日开盘后大涨 [1] - 国盾量子（688027.SH）股价当日上涨4.4% [1] - 科大国创（300520.SZ）股价当日上涨3.7% [1] - 神州信息（000555.SZ）股价当日上涨2.5% [1] 国际认可与专家观点 - 国际专家一致认为中国量子技术发展已处于全球领先地位 [1] - “墨子量子奖”获奖者吉辛教授肯定中国在技术应用方面“一骑绝尘” [5] - 吉辛教授建议中国在现阶段应更重视基础科学研究并鼓励年轻学者的好奇心 [5] 研发支持与挑战 - 国家自然科学基金委员会发布项目指南 最高资助经费达每项700万元 旨在开展量子信息科学前瞻性研究 [6] - 原始创新被指出是基础研究中最难的工作 具有难以预测、风险高、耗时长的特点 [6]