陈文兰副教授：《原子量子计算》

3月22日，北京青少年科技俱乐部在中国科学院学术会堂举办“科学名家讲座”，清华大学物理系副教授陈文兰报告的题目是《原子量子计算》。科技俱乐部17所基地校师生共330人参加了报告会。

北京青少年科技俱乐部“科学名家讲座”现场

陈教授作报告：原子量子计算

原子量子计算，是一种基于量子力学原理，利用原子进行信息处理和计算的新型计算模式，是下一代算力革命的重要方向。

陈文兰副教授简要介绍了量子计算发展史，讲述了原子量子计算原理、技术路线、前沿进展与应用前景。

20世纪最伟大的物理学家之一费曼提出了量子计算机概念，众多科学家提出和发展了量子计算的理论架构，主流算法和优势论证；而在量子力学发展史上有着人们耳熟能详的思想实验“薛定谔的猫”。

不同于经典计算机通过操控微观电流实现运算，量子计算机是通过操控微观粒子实现运算。量子力学的三大特性是量子叠加、量子纠缠和量子隧穿，量子计算机利用这三大特性，可以获得对于多种问题的计算速度的指数加速。原子量子计算的核心原理主要是用激光将原子冷却至接近绝对零度的低温，实现稳定量子态；以原子能级/自旋作为量子比特载体；利用里德堡阻塞效应实现原子间纠缠与两比特量子门操作；光镊阵列实现规模化、可编程原子排布。

原子量子计算对人类社会的核心意义在于：1. 开启全新计算范式，突破经典计算机物理与算力的极限，解决现有计算机“算不动、算不准、算不了”的复杂问题，是下一代信息革命的核心支撑; 2. 促进基础科学大发现，为物理、化学、材料、生命科学提供“量子显微镜”级别的模拟能力，帮助人类更深刻理解自然规律; 3. 重构国家安全与信息体系，既带来现有密码体系被破解的挑战，也催生更安全的量子通信与后量子密码，重塑全球信息安全格局; 4. 提升国家科技战略竞争力，原子量子计算具有高扩展性、高稳定性，是全球量子科技竞争的关键赛道，直接影响国家在前沿科技、高端制造、国防安全的话语权; 5. 赋能可持续发展与民生改善，以更高效的计算加速新能源、新材料、新药研发，助力碳中和、疾病治疗、环境治理，惠及大众生活。

美国哈佛大学与麻省理工学院冷原子物理中心 + QuEra公司，于2023年12月宣布编码48个逻辑比特，展示了逻辑比特之间的运算。远超其他平台逻辑比特数的最高纪录，使得原子技术路线一跃成为量子计算中最具优势的路线之一。

陈文兰副教授主要从事基于冷原子的量子计算和量子调控的实验研究。在基于原子阵列的量子计算体系研究中，她实现了225个量子比特的原子阵列无缺陷快速重排；在里德堡原子阵列中开展了量子相变动力学的研究；开发了光学微腔制造工艺，搭建了协同度高达120的可容纳100个单独操控原子的光学腔，可用于量子线路中快速测量和量子计算节点链接。她曾获“福布斯中国科技女性”称号，并担任PRX Quantum创刊编委。

陈文兰副教授在报告结束后，互动环节中中学生们围绕“量子计算未来趋势的客观决定因素是什么？容错量子计算的驱动力是什么？”、“未来实用化量子计算机能否破解现有经典密码体系？”、“量子计算和经典计算未来能否融合发展、协同工作？”等提出问题，专家逐一耐心解答。

师生互动及会后继续向陈教授请教问题