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上觀新聞 2025-08-14 15:23:13
在備受關(guān)注的量子計(jì)算領(lǐng)域，在滬科學(xué)家最新完成了一次里程碑式的創(chuàng)新，刷新了一項(xiàng)世界紀(jì)錄。記者昨天從市科委獲悉，通過人工智能（AI）和量子計(jì)算的跨界融合，由上海量子科學(xué)研究中心（合肥實(shí)驗(yàn)室上?；兀?、上海人工智能實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了世界規(guī)模最大的無缺陷二維和三維原子陣列，規(guī)模達(dá)到2024個原子，遠(yuǎn)超此前數(shù)百個原子的極限。相關(guān)論文近日以“編輯推薦”形式發(fā)表于國際期刊《物理評論快報》，美國物理學(xué)會期刊《物理》報道了這一研究亮點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)人士告訴記者，作為衡量量子計(jì)算“腦容量”的關(guān)鍵指標(biāo)，無缺陷原子陣列的規(guī)模非常重要，這一成果進(jìn)一步奠定了我國在量子計(jì)算部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)的“全球領(lǐng)跑”地位。未來，基于這一成果，原子陣列的規(guī)模有望繼續(xù)大幅增長，從而加速量子計(jì)算機(jī)走向現(xiàn)實(shí)。
“從0到1”的里程碑式創(chuàng)新
量子計(jì)算機(jī)被認(rèn)為是解鎖算力限制的終極鑰匙，有能力在瞬間破解傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需數(shù)千年才能完成的難題。目前，全球多個國家正圍繞量子計(jì)算原型機(jī)的研發(fā)展開較量，幾條技術(shù)路線并行推進(jìn)，包括超導(dǎo)、離子阱、光子量子等，其中中性原子量子體系因具有高擴(kuò)展性、高保真度、高并行性等優(yōu)勢，成為極具潛力的量子計(jì)算和量子模擬平臺。
中性原子量子計(jì)算機(jī)，不像傳統(tǒng)電腦那樣靠芯片提供算力，而是以原子為基本單元，但前提是要用光鑷，也就是用激光構(gòu)筑“陷阱”，將原子捕獲并擺布成陣列。實(shí)際操作中，光鑷捕捉原子的成功率不高，這意味著，總有些原子在陣列中“缺席”或“站錯隊(duì)”——這有點(diǎn)像是搭樂高，如果一些積木缺失，就會影響整個結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致量子計(jì)算無法實(shí)現(xiàn)。
為此，科學(xué)家在排出原子陣列后，必須及時查遺補(bǔ)漏，修復(fù)缺陷。但傳統(tǒng)修復(fù)方法速度很慢，特別是隨著原子陣列規(guī)模的擴(kuò)大，修復(fù)時間會爆炸式增長，很容易出現(xiàn)缺陷尚在修復(fù)、脆弱的原子陣列已然“等不起”而失效的情況。因此，長期以來，中性原子陣列的規(guī)模止步于數(shù)百個原子，其通往真正量子計(jì)算機(jī)的道路也嚴(yán)重受阻。
此次在各方支持下，在滬科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用AI大模型技術(shù)，徹底解決了原子陣列的修復(fù)難題，使中國在量子計(jì)算機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)上成功“卡位”，實(shí)現(xiàn)了“從0到1”里程碑式的突破。
簡單說，過去的修復(fù)技術(shù)之所以難以提速，是因?yàn)槊鎸Υ罅咳毕?，只能用一只光鑷將原子逐一擺放到位，數(shù)千原子的陣列，修復(fù)耗時可能長達(dá)數(shù)十秒。而AI的介入，相當(dāng)于可以同時操控成千上萬只“鑷子”，將所有原子瞬間重新擺放到位。
實(shí)測顯示，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建創(chuàng)紀(jì)錄的無缺陷原子陣列時，耗時不到60毫秒。更令人驚嘆的是，該成果在原理上使得修復(fù)缺陷的時間與原子陣列的規(guī)模無關(guān)。換句話說，不管構(gòu)建的陣列擁有100個還是100萬個原子，修復(fù)耗時都一樣。
此外，該成果還實(shí)現(xiàn)了極高的系統(tǒng)精度指標(biāo)。據(jù)介紹，該系統(tǒng)單比特門保真度達(dá)99.97%，雙比特門保真度達(dá)99.5%，探測保真度達(dá)99.92%，已追平以美國哈佛大學(xué)為代表的國際最高水平，這進(jìn)一步為構(gòu)建基于中性原子陣列的容錯通用量子計(jì)算機(jī)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
顯然，該成果極大地化解了困擾中性原子量子計(jì)算機(jī)研發(fā)的一大瓶頸。難怪論文在《物理評論快報》發(fā)表時，得到了“編輯推薦”的待遇，并被美國物理學(xué)會《物理》作為研究亮點(diǎn)專門報道。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)上海研究院執(zhí)行院長、上海量子科學(xué)研究中心副主任陸朝陽表示，這一成果是目前“AI+量子”研究最具代表性的案例。而據(jù)牽頭推進(jìn)相關(guān)AI算法開發(fā)的上海人工智能實(shí)驗(yàn)室青年科學(xué)家、上海創(chuàng)智學(xué)院全時導(dǎo)師鐘翰森透露，該論文在預(yù)印平臺剛一發(fā)布，就有國際頂尖學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)“等不及”前來溝通，希望探討進(jìn)一步合作的可能性。而如今，短短幾個月時間，國際上已有更多團(tuán)隊(duì)開始跟進(jìn)，因?yàn)榇蠹叶伎吹搅怂o大規(guī)模中性原子陣列量子計(jì)算平臺研發(fā)注入的希望。
重磅成果為何誕生在上海
面對這樣一項(xiàng)重磅成果，人們總會追問一句“為什么”——為什么它能在上海誕生，后續(xù)它會給相關(guān)研究帶來哪些重要啟示？
據(jù)市科委介紹，這一突破，體現(xiàn)了AI4S （人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究）的重大價值。目前，AI4S 已成為全球人工智能的前沿領(lǐng)域，從假說提出、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集與分析到反思回顧等多個維度推動科研發(fā)展。在量子計(jì)算層面，由于這是一個更加前瞻性的領(lǐng)域，要形成足夠的跨界人才儲備——既懂量子物理、又懂人工智能，非常難，因此國內(nèi)外此前在該領(lǐng)域一直沒能形成有影響力的成果。
近年來，上海將量子計(jì)算作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行布局，積極營造和完善創(chuàng)新生態(tài)，加大頂尖人才培育力度，吸引各地優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)來滬發(fā)展，促成“高水平集團(tuán)作戰(zhàn)”的科研合作模式。這些舉措正在產(chǎn)生實(shí)實(shí)在在的效果，此次的重磅成果就是一項(xiàng)具有說服力的例證。
鐘翰森2022年從中國科技大學(xué)量子信息物理學(xué)專業(yè)博士畢業(yè)，隨后來到上海人工智能實(shí)驗(yàn)室。這次“跨界”為他后來提出從AI算法入手解決原子排布問題，提供了難得的視野和實(shí)踐機(jī)會。同時，隨著中科大量子團(tuán)隊(duì)“落滬”，他和團(tuán)隊(duì)開發(fā)的AI算法也可直接在量子系統(tǒng)層面進(jìn)行整合、優(yōu)化。
值得一提的是，在該成果強(qiáng)大的原子陣列修復(fù)算法背后，為其提供算力的只是兩塊普通的4090圖形加速器顯卡（GPU），這也從另一個側(cè)面展現(xiàn)了上?！盇I+量子計(jì)算”的工程化能力。
此次重磅成果為中性原子量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)解決了諸多瓶頸中的一個，未來還有待更多關(guān)鍵技術(shù)與工程化突破。業(yè)內(nèi)科學(xué)家預(yù)測，未來三到五年，量子計(jì)算機(jī)可能成為解決某些特定問題的利器，十年后有望迎來大規(guī)模應(yīng)用。
作為未來產(chǎn)業(yè)布局發(fā)展的重點(diǎn)方向之一，上海已組建量子計(jì)算項(xiàng)目經(jīng)理團(tuán)隊(duì)，形成未來產(chǎn)業(yè)培育方案，正在進(jìn)行全要素和全鏈條布局，包括整機(jī)、儀器設(shè)備、算法軟件、人才、應(yīng)用場景和投資基金等。當(dāng)前，上海還策劃打造量子計(jì)算未來產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，以進(jìn)一步集聚頂尖人才、獨(dú)角獸企業(yè)、高質(zhì)量孵化器等資源，持續(xù)提高創(chuàng)新的濃度，加速產(chǎn)業(yè)培育與落地。
責(zé)編：李傳新
一審：李傳新
二審：劉文韜
三審：楊又華
來源：上觀新聞
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