当人工智能遇上量子计算，速度与精度被推向极限。近期，九章团队利用人工智能技术，实现了高度的并行性以及与阵列规模无关的常数时间消耗，在60毫秒内成功构建了多达2024个原子的无缺陷二维和三维原子阵列，刷新了中性原子体系无缺陷原子阵列规模的世界纪录。该方法为大规模中性原子量子计算奠定了关键技术基础。相关研究成果以“编辑推荐”的形式发表在国际学术期刊《物理评论快报》上，并被美国物理学会《物理》期刊作为研究亮点专门报道，同时《自然》新闻（Nature News）也以“人工智能助力组装未来量子计算机的‘大脑’”为题进行报道。

图1：实验装置示意图

中性原子体系因优异的扩展性、高保真度量子门、高并行性和任意的连接性，成为极具潜力的量子计算和量子模拟平台。该体系使用光镊阵列囚禁中性原子，首先需要通过重排技术将初始随机填充的原子阵列转换成无缺陷原子阵列，在此基础上进行量子逻辑门操作。传统的重排方法受限于随阵列规模增长的时间复杂度、原子丢失、计算速度等，阵列规模停留在几百个原子的水平，难以进一步扩展。

为攻克该难题，研究团队创新性地研发人工智能技术，实时驱动高速空间光调制器进行动态刷新，通过对光镊阵列位置和相位的精确控制，同时移动所有原子。在该工作中，研究团队演示了二维和三维原子阵列的任意构型重排，实现了高达2024个原子的无缺陷阵列，总耗时仅为60毫秒。随着原子阵列规模增大，该重排方法耗时保持不变，因此未来可以直接应用于数万原子规模的无缺陷阵列重排。目前，该系统单比特门保真度达99.97%，双比特门保真度达99.5%，探测保真度达99.92%，已追平以美国哈佛大学为代表的国际最高水平，为构建基于中性原子阵列的容错通用量子计算机奠定了技术基础。

图2：数千原子无缺陷二维和三维阵列重排实验结果图

为了展示系统的高精度原子操控能力，研究团队还制作了一段趣味视频，用原子演示“薛定谔的猫”思想实验。实验中，研究人员使用高达549个铷原子，在230 × 230微米的二维光镊阵列中排列出一帧帧图像，并通过激光脉冲检测原子荧光成像。视频以约1/33的速度慢放，生动展示了原子的精确运动轨迹，犹如微观世界中的动画制作，直观呈现了中性原子量子计算的巨大潜力。

视频：通过排列原子演示薛定谔的猫

审稿人高度评价这项研究工作，认为这一工作“通过组装2024个原子的阵列创造了新的纪录”(establishes a new record by assembling 2,024 atom arrays)，“标志着原子相关量子物理领域在计算效率和实验可行性方面的一次重大飞跃”(marks a significant leap forward in computational efficiency and experimental feasibility within atom-related quantum physics)，“是一种创新的方法，具有明确且实用的优势，对于原子阵列实验这一庞大且不断发展的研究群体将具有重要吸引力”(an innovative approach, which provides a clear, practical benefit that will be of interest to the large, and growing community of atom array experiments)。

自“九章”量子计算原型机实现高斯玻色取样量子计算优越性以来，九章团队相继完成“九章二号”与“九章三号”的架构升级，将可操控光子数提升至255，并具备可编程性，确立了团队在光量子计算领域的国际领先地位。而此次中性原子量子计算系统的突破为量子计算开辟了新的维度，使团队在光子与中性原子两条技术路线中均保持国际领先水平，也为构建大规模、容错通用量子计算机奠定了坚实基础。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2ym8-vs82

《物理》报道链接：https://physics.aps.org/articles/v18/148

《自然》新闻报道链接：https://www.nature.com/articles/d41586-025-02577-9