中國科學技術大學潘建偉，苑震生等從理論上提出并實驗實現原子深度冷卻新機制的基礎上，并初次實現了光晶格中1250對原子高保真糾纏態的同步制備，為基于超冷原子光晶格的規模化量子計算與模擬奠定了基礎。近日，學術期刊《科學》雜志以“首發”的形式在線發表了研究成果，審稿人給予了很高的評價。多級泵

量子糾纏是量子計算的核心資源。量子計算的能力將隨著糾纏位數的增加而呈指數增長。因此，同時制備高質量的糾纏粒子對是實現大規模糾纏態的主要條件。但是，由于糾纏對的品質和量子邏輯門的操縱精度，人們目前可以準備的最大糾纏態距離實用化的量子計算和模擬所需的糾纏比特數和保真度還有很大差距。隔膜泵

光晶格超冷原子比特和超導比特具有良好的可擴展性和高精度的量子可操縱性，并且最有可能成為第一個實現大規模量子糾纏的系統。研究團隊首先提出了一種新的制冷機制，該機制使用交錯的晶格結構將處于絕緣狀態的冷原子浸入超流體狀態。通過絕緣狀態和超流體狀態之間原子和熵的有效交換，系統中的熱量主要以超流體低能激發的形式存儲，然后通過精確的控制手段去除超流體狀態，從而獲得具有低熵的完美填充晶格。該實驗實現了這種冷卻過程，該過程在冷卻后將系統的熵降低了65倍，并達到了創紀錄的低熵，從而使晶格中的原子填充率大大提高到99.9％以上。在此基礎上，他們開發出了兩原子比特的高速糾纏，獲得了1250對糾纏原子，其糾纏保真度為99.3％。油桶泵

在此基礎上，研究團隊將通過連接多對糾纏的原子來準備數十至數百個原子位的糾纏態，用以開展單向量子計算和復雜強關聯多體系統量子模擬研究。同時，這項工作中的新制冷技術將有助于過冷費米子系統的深度冷卻，使系統達到模擬高溫超導物理機制的苛刻溫度區域。研究成果將大大促進量子計算和模擬領域的發展。潛水泵