中国科学技术大学潘建伟院士及其同事在国际上首次实现对光晶格中超冷原子自旋比特纠缠态的产生、操控和探测，向基于超冷原子的可扩展量子计算和量子模拟迈出了重要一步。国际权威学术期刊《自然·物理学》日前以研究长文的形式报道了这项重要研究成果。
近十几年来，已有很多实验演示了操控多个量子比特进行信息处理的可行性。但迄今这些实验中所能操控的纠缠态的比特数仅在十个左右，而未来实用化的量子计算体系需要同时操控几十乃至上百个量子比特。
随着近年来超冷原子量子调控技术的发展，囚禁在光晶格中的超冷原子成为解决这个关键问题的理想体系之一。中科大研究团队与德国海德堡大学合作，首先把超冷铷原子的玻色—爱因斯坦凝聚态装载到三维光晶格中的一层，进一步蒸发冷却原子到低于10纳开（比零下273.15摄氏度高1亿分之一摄氏度）的超低温，并实现了这层二维晶格中的超流态到莫特绝缘态的量子相变，从而获得了每个格点上只有一个原子的人工晶体。他们创造性地开发出具有自旋依赖特性的超晶格系统，形成了一系列并行的原子对，并且在原子对所在的格点间用光场产生有效磁场梯度，结合微波场，实现了对超晶格中左右格点及两种原子自旋等自由度的高保真度量子调控。他们还开发了光学分辨约为1微米的超冷原子显微镜，对这层晶格中的原子进行高分辨原位成像。
通过以上关键实验技术的突破，光晶格中超冷原子量子调控能力获得大幅提升，研究团队首次在光晶格中并行制备并测控了约600对超冷原子比特纠缠对，迈出了面向可升级量子计算的重要一步。（吴长锋 杨保国）
