12月15日下午2点30分，启研学堂第八期讲座在物院西113室顺利举行，本次讲座题目为《中性原子阵列与量子计算》，主讲人为来自彭湃老师课题组的2024级博士生，周力学长。
Vol.01
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周力学长比较量子与经典计算机的区别，对量子计算机进行了简要介绍。
“对于一个经典计算机，用经典比特来编码，经典比特每个时刻都处在确定的值。量子计算用量子比特编码，量子比特可以处于量子叠加态。N个量子比特可以表示成2^N个本征态的叠加，对N个量子比特进行计算就是对这2^N个可能的输入同时并行计算。”
周学长通过简要介绍量子计算的原理说明量子计算可以处理相较于经典计算的指数级倍数的信息，但这并不意味着量子计算一定要比经典计算更快，因为并行计算的结果隐含在输出的叠加态中，但观测会破坏叠加态，无法获得所有的信息。所以就需要在算法中加一些处理，把不需要的分量干涉掉，使得输出就是我们想要的态。这个处理是量子算法设计的一个难点所在，所以目前只针对一些特定的问题有能超过经典算法的量子算法提出。在此基础上，学长以舒尔算法为例简要介绍了在诸如大数分解等方面量子计算能够有效计算而经典计算机不能的案例。
Vol.02
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如何用中性原子阵列实现量子计算：
实现量子计算三种比较主流的实验平台——超导量子比特、离子阱以及中性原子阵列。
学长简要介绍了冷原子实验室需要的仪器设备以及实现中性原子阵列的需要的技术——
磁光阱：通过几束确定偏振和失谐的激光与外加磁场将原子冷却在几束光的交汇处，获得冷原子团。
光镊：利用光偶极力，即在光场的作用下原子可以被诱导出电偶极矩，从而让原子在光场中具有一个势能，通过调整光场的失谐使得该势能为负，光场越强的位置势能就越小，原子就会被束缚在光场最强的位置。
光化学反应：通过共振光是原子之间因为反冲互相排斥，使得光镊中要么没有原子要么只剩下一个原子。
重排：将装载了原子的光镊移动到一起，实现无缺陷的单原子阵列。
进一步，周学长向我们介绍了实现中性原子阵列后如何实现一个中性原子的量子计算机，重点介绍制造量子计算机的五条Divencenzo标准。
“首先，物理系统可以承载量子比特且具有可扩展性。主要通过光镊束缚原子，利用原子离散且稳定的能级，原子轨道基态的两个不同的自旋作为量子比特的0态和1态。可扩展性指量子比特的数目能没有限制地增加。
“第二，能够将量子比特初始化到简单的量子初态，主要利用光学泵浦的方法，核心原理就是跃迁的选择定则，从而将原子制备到想要的初态。
“第三，需要有足够长的退相干时间，从而能在量子比特稳定存在的时间里做更多次的运算。
“第四，可以实现任意量子操控的通用量子门，对量子计算而言，已有的单量子门再加一个纠缠的双量子门的各种组合就可以实现任意想要的门运算，而中性原子阵列已经实现了这些单量子门和纠缠量子门。
“第五，需要能够区分量子比特的两个态，主要体现在对不同态的原子做读出时物理表现不同，从而可以区分。”
其后，周力学长向大家介绍了中性原子阵列的发展现状、中性原子量子计算机的运行模式以及中性原子阵列在量子模拟、量子计算、量子精密测量方面取得的成果。
课题组简介：
学长简要介绍了彭老师课题组的主要研究方向，用量子计算，特别是量子纠错的方法，做量子模拟和量子精密测量。学长同样通过图以及照片向大家介绍了组内的实验设备。
在讲座的最后，仍然是相当丰盛的茶歇：
Vol.03
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“启研学堂”系列讲座计划邀请物理学院各系所、中心研究组的研究生学长学姐为本科生介绍科研方向、讲解科研入门“圣经”（即每个想入门该方向的同学必读的论文）、分享科研前沿内容、培训科研工具使用。活动形式类似于讨论班，同学可以自由提问。该讲座旨在解决同学们科研不知如何入门、不了解各方向研究的具体内容的问题，为感兴趣的同学提供一条入门途径、帮助同学们开展科研。
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往期参考：
文稿丨韩霖堃
图片丨韩霖堃
编辑丨番石榴
审核丨张帆 李佳益 吴卓颖 孙铭阳 杨怡蕊 李昊润
