本报讯 量子计算领域近日迎来一项颠覆性突破。上海本土企业璇相科技宣布，公司成功研制出全球首款可产生百万级原子光镊阵列的超表面芯片。这一成果突破了长期制约中性原子量子计算规模化扩展的核心光学瓶颈，为迈向百万比特量级通用容错量子计算补齐了前置硬件能力，标志着我国在量子计算底层核心器件领域迈出了关键一步。
破解“单原子囚禁”的规模化难题
在量子计算的众多技术路线中，中性原子量子计算因其原子间相互作用弱、可扩展性强、相干时间长等优势，被认为是通往通用容错量子计算最有希望的路径之一。然而，要实现大规模计算，必须能够同时精确操控数百万个原子，而这依赖于“原子光镊阵列”技术——利用高度聚焦的激光束形成一系列微小的光学陷阱，将单个原子囚禁在其中。
传统光学方案依赖大量分立的光学元件，如空间光调制器、透镜组、分束器等，来实现光镊阵列的生成与调控。随着原子数量的增加，光学系统变得极其复杂，体积庞大、调试困难、能耗高，严重制约了阵列规模向百万级迈进。业内长期面临“光镊阵列越大、光学系统越重”的尴尬困境。璇相科技此次推出的超表面芯片，正是为解决这一痛点而生。
超表面芯片：让光学系统“片上化”
据璇相科技技术团队介绍，这款超表面芯片采用亚波长结构的人工超材料设计，能够在极薄的芯片表面实现对入射光相位、振幅和偏振的精准调控。通过将传统复杂光学系统中的分束、聚焦、阵列生成等核心功能集成到一张芯片上，该产品可一次性生成超过百万个高质量光学阱点，形成均匀、稳定的原子光镊阵列。
“这颗芯片的大小仅相当于一枚一元硬币，但它的光场调控密度和精度远超现有所有方案。”璇相科技技术负责人表示，“利用片上超表面结构，我们不仅实现了百万级光镊阵列的产生，还使得系统功耗降低至传统方案的十分之一，体积缩小了两个数量级。这意味着未来量子计算机的光学系统可以直接集成到主板上，而不再是占据整间实验室的大型设备。”
为百万比特级量子计算搭好“地基”
量子计算的规模化之路，关键在于能够同时操控足够多的量子比特。中性原子量子计算虽然理论上可扩展性强，但在实验层面，此前全球最先进的成果也仅能实现数千个原子光镊阵列。璇相科技此次将阵列规模直接提升至百万级，相当于为量子计算硬件搭建了一座“百万级原子操作平台”，为后续实现高保真门操作、量子纠错、量子逻辑编码等算法奠定了核心光学基础。
中国科学技术大学量子计算领域专家在接受采访时表示：“光镊阵列的规模决定了可操控量子比特数量的上限。百万级原子光镊阵列的实现，意味着中性原子量子计算路线在规模化道路上迈出了实质性一步。这是一项真正的‘从0到1’的原创技术突破，极大提升了我国在该领域的国际竞争力。”
璇相科技：从上海出发，瞄准“量子时代的英特尔”
璇相科技成立于2022年，是一家专注于量子计算光学芯片研发的本土初创企业。公司汇聚了来自微纳光学、量子物理、集成电路等领域的顶尖人才。此次超表面芯片的研制成功，并非偶然——过去两年，团队先后攻克了超表面结构设计、纳米加工工艺、原子装载与检测等多个技术难关，形成了一套完整的自主知识产权体系。
公司CEO表示：“我们的目标非常明确——成为量子计算时代的英特尔。这颗超表面芯片只是第一步，未来我们将继续围绕原子量子计算的系统需求，推出更高集成度、更低功耗的片上光学解决方案，助力我国在全球量子计算竞赛中抢占先机。”
随着百万级原子光镊阵列超表面芯片的问世，中性原子量子计算距离实用化、通用化又近了一步。从基础光学器件到整机系统，从实验室验证到产业化推广，我国量子计算产业正在加速“换挡提速”，开启一段崭新的征程。