近日，上海本土企业璇相科技成功研制全球首款可产生百万级原子光镊阵列的超表面芯片，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关键前置硬件能力。
本次成果由璇相科技与原子量子计算企业中器无量联合攻关，璇相科技负责芯片研发，中器无量提供中性原子实验平台及系统级验证支持。该成果不仅标志着我国在大规模中性原子量子计算关键硬件方向取得重要突破，也成为上海中性原子、光芯片与微纳制造等产业链协同攻关的重要里程碑。
图1：超表面原子光镊艺术渲染图
量子计算作为我国重点布局的未来产业之一，要迈向真正可用的通用容错系统，需在保持高保真操控、低串扰、可纠错架构兼容性和系统长期稳定性的基础上，实现量子比特规模向百万量级跃迁；这被视为通用容错量子计算走向实用化的重要前提之一。无论是复杂科学计算，还是面向密码分析等高难度任务，量子计算系统都需要足够大的量子比特规模和纠错资源作为支撑。但从全球范围看，各主流量子计算路线距离百万级物理比特的稳定运行和工程化部署仍有显著差距。
量子技术的光学瓶颈
璇相科技本次发布的百万级光镊芯片，面向超大规模原子量子比特制备这一科学难题，提出了芯片级工程化解决方案。该芯片在指尖大小的区域内集成数亿个纳米级光学单元，可将单束激光直接转化为百万级光镊阵列，显著降低原子光镊系统的复杂度，改变了行业仅能依靠大规模自由空间光路实现受限规模原子阵列的既往状态。同时，百万级光镊芯片具备标准化集成与批量复制迭代的产业化优势，以芯片化方式从底层破解大规模原子阵列光场生成难题，补齐通向百万比特量子计算机的关键前置硬件能力，并可同步赋能量子精密测量等前沿应用领域。
图2：百万光镊阵列测试结果图
协同创新闭环验证
百万级光镊阵列对芯片设计、微纳加工、光场表征与系统适配提出了更高要求，现有中性原子实验平台中的许多关键部件尚未适配如此大规模的阵列。围绕光路耦合、阵列表征、平台适配与测试流程等关键环节，璇相科技与中器无量开展多轮协同验证：中器无量的中性原子实验平台为芯片提供真实运行环境，并将系统对光镊阵列的实际需求持续反馈至芯片设计、制备与验证迭代中，最终共同完成了百万级超表面光镊芯片从制备、光场测试到真实中性原子平台实机验证的闭环。除中器无量外，上海另一家中性原子企业太一量生也已导入该系列光镊芯片，并开展大规模阵列相关实验。
面向下一阶段研发，璇相科技表示，将以本次百万级光镊芯片为基础，联合上海量子产业生态伙伴，持续攻关十万级以上原子装载、整机系统集成与长期稳定运行等核心工程化课题。业内人士认为，百万级光镊芯片打通了大规模中性原子阵列构建的重要前置硬件环节，但迈向百万比特量级量子计算机仍面临多维度系统工程挑战，仍需产业链各方持续协同攻关，推动通用量子计算加速落地。
生态协同助力勇闯科技创新深水区
习近平总书记在加强基础研究座谈会上强调，基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。本次成果是上海量子产业链围绕科学和工程交叉问题的一次 “科学需求牵引芯片研发、芯片突破反推系统升级” 的协同典型范本。也是激励企业提高研发意愿，勇于面向基础科学和工程化难题并大胆创新的一项成果。得益于上海在中性原子量子计算、光芯片、精密光学、微纳制造和高端激光器件等方向的协同基础，光芯片企业和中性原子企业能够在真实系统中共同创新、快速迭代。这不仅在科技创新的深水区中书写中国智慧的答案，也将进一步吸引更多优质企业，共创更具创新活力和高质量的科创聚集区，为促进高水平科技自立自强，建设科技强国提供有力支撑。
