23 июня китайская шанхайская компания Xuanxiang Technology успешно разработала первый в мире чип с метаповерхностью, способный генерировать массив из миллиона атомных оптических пинцетов, преодолев ключевое оптическое узкое место, долгое время ограничивавшее масштабирование нейтральных атомных квантовых вычислений. Это достижение обеспечивает критически важную предварительную аппаратную базу для перехода к универсальным отказоустойчивым квантовым вычислениям с миллионами кубитов. Результат был получен в ходе совместных усилий китайской Xuanxiang Technology и китайской компании Zhongqi Wuliang, занимающейся нейтральными атомными квантовыми вычислениями, где Xuanxiang Technology отвечала за разработку чипа, а Zhongqi Wuliang предоставила экспериментальную платформу для нейтральных атомов и поддержку в системной верификации.

Этот чип с миллионным массивом оптических пинцетов предназначен для создания сверхмасштабных массивов атомных кубитов. Китайская Xuanxiang Technology интегрировала сотни миллионов наноразмерных оптических элементов на площади размером с кончик пальца, что позволяет напрямую преобразовывать один лазерный луч в массив из миллиона оптических пинцетов, значительно снижая сложность системы атомных оптических пинцетов. Традиционные экспериментальные системы с нейтральными атомами обычно полагаются на крупномасштабные свободные оптические тракты для создания управляемых атомных массивов, что приводит к сложной структуре системы, а размер массива ограничивается такими ключевыми компонентами, как пространственные модуляторы света и акустооптические дефлекторы. Чиповая архитектура сжимает возможности генерации оптических полей в микро- и наноструктуры, открывая новый инженерный путь для последующей стандартизированной интеграции, массового воспроизводства и непрерывной итерации.

Для нейтральных атомных квантовых вычислений сначала необходимо с помощью массива оптических пинцетов по одному захватить охлажденные атомы в вакуумной среде, а затем с помощью лазерного возбуждения и межатомных взаимодействий реализовать управление квантовыми вентилями. Стабильность загрузки, упорядочивания и считывания атомов напрямую влияет на масштабирование количества кубитов. Данный чип с метаповерхностью для массива из миллиона атомных оптических пинцетов решает предварительную задачу «подготовки достаточного количества атомных позиций». Он не эквивалентен уже построенному квантовому компьютеру с миллионами кубитов, но обеспечивает более масштабную оптическую основу для последующей крупномасштабной загрузки атомов, системной интеграции и проверки отказоустойчивых архитектур.

Китайская Xuanxiang Technology и китайская Zhongqi Wuliang провели несколько раундов верификации, охватывающих оптическую связь, характеризацию массива, адаптацию платформы и процедуры тестирования. Экспериментальная платформа для нейтральных атомов компании Zhongqi Wuliang предоставила реальную рабочую среду для чипа и передала фактические требования системы к массиву оптических пинцетов обратно в процессы проектирования, изготовления и итеративной верификации чипа, в конечном итоге завершив цикл от изготовления чипа с метаповерхностью для миллионного массива оптических пинцетов и тестирования оптического поля до практической верификации на реальной платформе нейтральных атомов. Другая шанхайская компания, работающая с нейтральными атомами, Taiyi Liangsheng, также внедрила эту серию чипов оптических пинцетов и проводит эксперименты, связанные с крупномасштабными массивами.

Китайская Xuanxiang Technology заявила, что на следующем этапе, опираясь на чип с миллионным массивом оптических пинцетов и в сотрудничестве с партнерами по квантовой промышленной экосистеме Шанхая, продолжит решение инженерных задач, таких как загрузка более ста тысяч атомов, интеграция всей системы и обеспечение долгосрочной стабильной работы. Для нейтральных атомных квантовых вычислений массив из миллиона оптических пинцетов является лишь одним из ключевых аппаратных этапов на пути к масштабированию. В дальнейшем потребуется верификация эффективности загрузки атомов, точности квантовых вентилей, управления с низким уровнем перекрестных помех, организации ресурсов для коррекции ошибок и долгосрочной стабильности системы. Данное достижение также демонстрирует, что в Шанхае сформировалась основа для скоординированных исследований и разработок в таких звеньях промышленной цепочки, как нейтральные атомы, фотонные чипы, микро- и нанопроизводство и прецизионная оптика.