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年8月27日，为了开发量子计算机，物理学家采取了几种不同的方法。例如，谷歌最近报告说，他们的原型量子计算机可能比传统计算机更快地进行了特定的计算。这些努力依赖于一种涉及超导材料的策略，超导材料是在被冷却至超冷温度时以零电阻导电的材料。其他量子计算策略涉及带电或中性原子的阵列。
现在，加州理工学院的一个量子物理学家团队在工作上取得了长足进步，该工作使用了一种更复杂的中性原子类，即碱土原子，该类原子位于元素周期表的第二列。这些包括镁，钙和锶的原子在其外部区域或壳中具有两个电子。以前，研究中性原子的研究人员一直专注于元素周期表第一栏中的元素，这些元素的外壳中只有一个电子。
在发表在《自然物理学》杂志上的一篇论文中，研究人员证明，他们可以使用单独控制的碱土原子来实现量子计算的标志：纠缠。当两个原子保持紧密连接时，即使相距很远，也会出现这种看似自相矛盾的现象。纠缠对于量子计算机至关重要，因为纠缠使计算机的内部“开关”(称为量子位)可以相互关联，并可以对指数级的信息进行编码。
“从本质上讲，我们打破了三个主要量子科学平台之一的单个量子纠缠记录：单个中性原子，” 加州理工学院物理学助理教授兼负责人Manuel Endres说 。Endres还是美国国家科学基金会(NSF)的“量子飞跃挑战研究所”计划建立的三个新量子 研究所之一的成员，并且是 五个新的能源部量子科学中心之一的成员。
加州理工学院的研究生，这项新研究的主要作者伊瓦伊洛·马德亚罗夫(Ivaylo Madjarov)说：“我们正在为量子计算机和其他应用开放一个新的工具箱。” “有了碱土原子，我们就有了更多的机会来操纵系统，并为精确操纵和读出系统提供了新的机会。”
为了实现他们的目标，研究人员转向了光镊，它基本上是可以操纵单个原子的激光束。该团队以前使用相同的技术来开发光学原子钟的 新设计。在新的研究中，镊子被用来说服一个原子阵列中的两个锶原子纠缠在一起。
“我们之前已经演示了对单个碱土原子的第一个控制。在当前的工作中，我们基于高激发的里德堡态增加了一种在原子之间产生纠缠的机制，其中，相隔数微米的原子感受到来自彼此”，加州理工学院的博士后学者雅各布·科维说。“碱土原子的独特性质为改善和表征里德伯格相互作用机理提供了新途径。”
而且，研究人员能够以比以前通过使用中性原子获得的更高的精确度来创建纠缠态，并且其精确度可与其他量子计算平台相提并论。
将来，研究人员希望扩大他们控制单个量子位的能力，并计划进一步研究纠缠三个或更多原子的方法。
Endres说：“最终的结果是，对于许多原子而言，它们的纠缠和可编程性都达到了很高的水平，以便能够执行传统计算机难以处理的计算。” “我们的系统还适合研究这种多原子的纠缠如何改善原子钟的稳定性。”
这项研究发表在8月的《自然物理学》杂志上，题为“ 高保真度纠缠和碱土雷德伯格原子的检测 ”，由NSF，斯隆基金会，F。Blum，加州理工学院，戈登和贝蒂摩尔基金会资助，以及Larson SURF奖学金。其他作者包括，在加州理工学院：研究生亚当·肖。IQIM博士后物理学学者Joonhee Choi;Anant Kale，实验室助理;亚历山大·库珀(Alexandre Cooper)，前物理学博士后;和汉尼斯·皮克勒(Hannes Pichler)，前摩尔理论物理博士后。由加州理工学院(Caltech)为NASA管理的喷气推进实验室(JPL)的弗拉基米尔·施科尼克(Vladimir Schkolnik)和杰森·威廉姆斯(Jason R. Williams)。
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