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 ...

量子计算技术突破 - 美国哥伦比亚大学团队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 [1] - 目前最先进的量子计算机约有1000个量子比特，该技术旨在将量子比特数量提升两个数量级以上 [1] - 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 [1] 中性原子平台优势与挑战 - 中性原子阵列是构建量子计算机的新兴平台，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 [1] - 原子彼此完全一致，无需像固态量子比特那样进行校准与同步 [1] - 技术难点在于如何实现大规模精确操控 [1] 传统光镊技术的局限性 - 过去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来俘获原子 [1] - 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，但相关设备复杂、体积庞大，限制了阵列规模 [1] 超表面光镊技术创新 - 研究首次将光镊与超表面技术结合，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 [1] - 超表面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，相当于在同一平面上集成了成千上万个微型透镜 [1] - 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 [2] 实验成果与规模 - 实验中构建了多种高度均匀的二维原子阵列 [2] - 团队制备了一块直径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 [2] - 该技术生成的光镊阵列规模比现有技术提升两个数量级 [2] 潜在应用领域 - 该技术不仅有望推动大规模量子计算发展 [2] - 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 [2]