中性原子量子计算机有望解决困扰当今设备的许多问题，但该技术仍处于起步阶段。最近在控制和编程这些设备的能力方面取得的突破表明它们可能接近黄金时间。
当今最发达的量子技术依赖于为 IBM 和谷歌的处理器提供动力的超导量子比特。但是，尽管这些设备已被用来证明量子霸权并建造了迄今为止最大的通用量子计算机，但它们也存在一些局限性。
首先，它们需要被冷却到接近绝对零，这需要笨重且昂贵的低温设备。它们的量子态也非常脆弱，通常只持续几微秒，而且它们只能与最近的邻居直接交互，这限制了它们可以实现的电路的复杂性。
中性原子量子计算机回避了这些问题。它们由一系列单独的原子构成，这些原子通过向它们发射激光来冷却到超低温。设备的其余部分不需要冷却，单个原子可以排列成仅几微米的距离，使整个系统非常紧凑。
量子信息被编码成非常稳定的低能原子态，因此这些量子比特比超导量子比特寿命长得多。这种稳定性也使得量子比特难以相互作用，这使得产生纠缠变得更加困难，而纠缠是大多数量子算法的核心。但是这些中性原子可以通过向其发射激光脉冲而进入高度激发态，称为里德堡态，可以用来将它们相互纠缠。
尽管有这些有希望的特性，但迄今为止，该技术主要用于帮助理解量子过程但无法实现量子算法的量子模拟器。不过现在，由量子计算公司 QuEra 和 ColdQuanta 的研究人员领导的Nature的两项研究表明，该技术可用于实现多量子比特电路。
两组处理这个问题的方式略有不同。 QuEra 团队采用了一种新颖的方法来连接他们的设备，通过使用紧密聚焦的激光束（称为光镊）来物理移动他们的量子比特。这使他们能够轻松地将它们与遥远的量子位纠缠在一起，而不是仅限于那些最近的量子位。另一方面， ColdQu a nta 团队通过同时激发其中两个进入里德堡状态来纠缠其量子比特。
两组都能够实现复杂的多量子比特电路。正如英国杜伦大学的 Hannah Williams 在随附的评论中指出的那样，这两种方法是互补的。
物理上对量子比特进行改组意味着操作之间存在很长的间隔，但灵活的连接性使得创建更复杂的电路成为可能。然而，ColdQuanta 方法要快得多，并且可以并行运行多个操作。 “这两个小组提出的技术的组合将导致一个强大且多功能的量子计算平台，”威廉姆斯写道。
不过，Williams 表示，在此之前需要进行大量改进，从更好的栅极保真度（您能够如何始终如一地设置正确的操作）到优化的激光束形状和更强大的激光。
不过，两家公司似乎都相信这不会花很长时间。 QuEra 去年已经推出了 256 个原子的量子模拟器，根据他们的网站，64 量子位的量子计算机“即将推出”。 ColdQuanta 更为具体，承诺其100 量子比特的希尔伯特计算机将于今年上市。
中性原子能以多快的速度赶上超导量子比特和俘获离子等行业领先技术还有待观察，但看起来一个很有前途的新竞争者已经进入了量子竞赛。
图片来源： Unsplash上的 Shahadat Rahman