普林斯顿团队实现毫秒级原子补充，同时保持量子比特相干性

中性原子量子处理器近年已在规模和操作精度上取得进展，研究人员也演示过量子纠错和基于逻辑量子比特的算法。但如果只能使用计算开始前准备的一批原子，随着原子损耗和泄漏误差积累，可执行的量子线路深度就会受限。背景气体碰撞、原子运输、门操作误差以及部分读取方式都可能造成原子损耗。

补充原子本身并不轻松：它往往需要磁场梯度和冷却、成像光，这些可能破坏已有量子比特的状态。此前一项保留量子相干性的双原子种类补充实验，其特征装载时间约为 90 毫秒。如何同时兼顾补充速度与相干性，正是这项研究要解决的问题。

团队在计算区附近设置了一个持续补充的高密度冷原子储存区，用移动光镊从中提取原子，再送往后续操作区域。光镊是聚焦激光形成的微小光学陷阱，可捕获和移动原子；多个光镊组成的阵列能同时处理许多位点。

这一速度依赖持续工作的原子供应系统：冷原子从相邻真空腔室的三维磁光阱出发，沿腔增强光学偶极阱被引导约 35 厘米到达储存区，再由一维光学黏胶减速和冷却。储存区建立的时间常数约为 5 秒，但进入稳态后可连续供给，无须每次提取后从头装填。

用于提取的光镊阵列由交叉声光偏转器产生，工作波长为 488 纳米。装载时阵列与储存区重合；装载后振镜将其移到约 300 微米外的成像区，以降低储存区原子荧光的干扰。成像期间短暂关闭光学黏胶，储存区内的原子仍可保留，但其平均补充速率会受到黏胶开启占空比的影响。