AI-förstärkt teknik monterar felfria matriser med tusentals atomer

Den 25 augusti 2025 funktion av Ingrid Fadelli, Phys.org bidragande författare redigerad av Gaby Clark, granskad av Robert Egan vetenskaplig redaktör assisterande redaktör Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har betonat följande egenskaper samtidigt som de säkerställt trovärdigheten i innehållet: faktakontrollerad peer-reviewed publicering pålitlig källa korrekturläst Simulationen av kvantsystem och utvecklingen av system som kan utföra beräkningar med hjälp av kvantmekaniska effekter är beroende av förmågan att ordna atomer i specifika mönster med hög precision. För att ordna atomer i ordnade mönster så kallade arrayer använder fysiker vanligtvis optiska tänger, starkt fokuserade laserstrålar som kan fälla partiklar. Forskare vid Kinas vetenskaps- och teknologiuniversitet och Shanghai Artificial Intelligence Laboratory introducerade nyligen en ny artificiell intelligens (AI)-aktiverad protokoll som kunde underlätta ordningen av tusentals atomer i arrayer och samtidigt säkerställa att dessa arrayer är defektfria (dvs att det inte finns några saknade atomer). Deras föreslagna tillvägagångssätt, som presenterades i en artikel publicerad i Physical Review Letters, korrigerar snabbt arrayer i realtid med hjälp av hologram (dvs datorgenererade ljushologram) som projiceras via en enhet som kallas spatial modulator, tillsammans med AI-algoritmer som kan planera den samtidiga förflyttningen av alla fångade atomer till önskade positioner. 'Vårt initiala intresse för neutrala atomarrayer började faktiskt med det grundläggande intresset i den århundrade gamla Einstein-Bohr-debatten om tankexperimentet med rekylspalten,' säger Prof. Chao-Yang Lu, medförfattare till artikeln, till Phys.org. 'Vår strävan att troget förverkliga Einsteins tankexperiment med en enda tångad atom som kylts till marktillståndet i tre dimensioner som en kvantbegränsad rekylspalt började för ungefär fem år sedan. Samtidigt insåg vi också det enorma potential för atomarrayer som en ren och vacker plattform för kvantdatorer.' Målet med denna nya studie var att kombinera AI-tekniker med kvantfysik för att tackla en väldokumenterad utmaning som uppstår vid montering av atomarrayer. En av de huvudsakliga forskarna var Dr. Han-Sen Zhong, en tidigare student till Lu som slutförde sin doktorsavhandling vid Kinas vetenskaps- och teknologiuniversitet och började arbeta vid Shanghai AI Lab. 'Vi ser att AI för Vetenskap växer fram som en kraftfull paradigmat för att hantera komplexa vetenskapliga problem, och har pågående diskussioner om detta med Han-Sen,' sade Lu. 'Detta ledde oss att använda AI för att lösa en av de långvariga utmaningarna inom atomarray-fältet: hur man omarrangerar storskaliga atomarrayer på ett effektivt, snabbt och skalbart sätt. Detta är ett mycket fint exempel på 'AI4Q' (AI för kvant).' Zhong, som var student i Lus forskningsgrupp vid studiets tidpunkt, utformade en AI-driven struktur som kan planera den samtidiga förflyttningen av alla atomer i en optisk tångarray. I teamets experimenter användes den optiska tångarrayen som genererades med hjälp av en snabb spatial ljusmodulator (SLM), en enhet som kan prägla ett hologram på den infallande laserstrålen. 'Vi använder AI-modellen för att beräkna hologrammen för realtidsatomomarrangemanget,' förklarade Zhong. 'Med precision över både positionen och fasen hos tångarrayen förflyttas alla atomer samtidigt. Experimentellt visade vi monteringen av defektfria 2D- och 3D-atomarrayer med upp till 2024 atomer på endast 60 millisekunder. Anmärkningsvärt förblir tidskostnaden konstant oavsett arrayens storlek, vilket gör metoden lätt skalbar till 10 000 eller till och med 100 000 atomer i framtiden.' Upptäck det senaste inom vetenskap, teknik och rymden med över 100 000 prenumeranter som förlitar sig på Phys.org för dagliga insikter. Registrera dig för vårt gratis nyhetsbrev och få uppdateringar om genombrott, innovationer och forskning som betyder något dagligen eller veckovis.' Forskarnas föreslagna metod analyserar slumpmässigt belastade atomarrayer och beräknar den optimala vägen från atomer laddade i optiska tänger till målsidor som saknar atomer. Denna väg delas sedan upp i en uppsättning underliggande steg. 'Hela vägen delas in i N steg och för varje liten steg använder vi en AI-modell för att beräkna hologrammet för SLM, med precision över både positionen och fasen hos tångarrayen,' sa Zhong. 'I realtid förflyttas alla atomer samtidigt. Vår metod uppnår en hög grad av parallelism och därmed en snabb och konstant tidprestanda.'En karaktäriserande egenskap hos teamets tillvägagångssätt för att montera felfria atomfält med neutrala atomer är att det möjliggör parallell förflyttning av alla atomer för att producera felfria fält. Detta står i kontrast till tidigare introducerade metoder, som istället flyttar atomer i sekvenser. "Vi uppnådde en snabb och konstant omarrangeringstid, oavsett fältets storlek," sa Lu. Denna studie kan öppna nya möjligheter för förverkligandet av kvantsystem bestående av felfria atomfält. Dessa system kan i sin tur användas för att pålitligt utföra kvantberäkningar eller simuleringar. ”Vårt nästa mål kommer att vara att demonstrera kvantfelkorrigering och felfri kvantdatorberäkning baserad på atomala qubits," tillade prof. Jian-Wei Pan, medförfattare till artikeln. Skrivet för dig av vår författare Ingrid Fadelli, redigerat av Gaby Clark och faktagranskat av Robert Egan—denna artikel är resultatet av noggrant mänskligt arbete. Vi förlitar oss på läsare som dig för att hålla oberoende vetenskapsjournalistik vid liv. Om denna rapportering betyder något för dig, vänligen överväg en donation (särskilt månatlig). Du kommer få ett annonsfritt konto som tack. Mer information: Rui Lin et al, AI-Enabled Parallel Assembly of Thousands of Defect-Free Neutral Atom Arrays, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/2ym8-vs82. På arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2412.14647 Journalinformation: Physical Review Letters, arXiv © 2025 Science X Network