背景技術(shù)：

1、量子計算機通常利用諸如疊加和糾纏之類的量子力學(xué)現(xiàn)象來對數(shù)據(jù)執(zhí)行操作。量子計算機可能不同于基于晶體管的數(shù)字電子計算機。例如，數(shù)字計算機需要將數(shù)據(jù)編碼為二進制數(shù)字(位)，每個數(shù)字始終處于兩個確定狀態(tài)(0或1)之一，而量子計算使用量子位(qubit)，它可以處于狀態(tài)疊加。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在本文中認識到需要用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法和系統(tǒng)。

2、本公開提供了用于利用原子(諸如中性或不帶電原子)來執(zhí)行非經(jīng)典或量子計算的系統(tǒng)和方法。原子可以被光學(xué)地捕獲在大陣列中。原子的量子力學(xué)狀態(tài)(諸如原子的超精細狀態(tài)或核自旋態(tài))可以被配置為用作量子位(qubit)基態(tài)。可以通過與光學(xué)、射頻或其他電磁輻射的相互作用來操縱量子位狀態(tài)，從而執(zhí)行非經(jīng)典或量子計算。

3、一方面，本公開提供了一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的系統(tǒng)，包括：一個或多個光學(xué)捕獲單元，被配置為生成空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點，該多個光學(xué)捕獲位點被配置為捕獲多個原子，該多個原子包括大于60個原子；一個或多個電磁遞送單元，被配置為向多個原子中的一個或多個原子施加電磁能，從而誘發(fā)一個或多個原子采用第一原子態(tài)和與第一原子態(tài)不同的至少第二原子態(tài)的一個或多個疊加態(tài)；一個或多個糾纏單元，被配置為將處于疊加態(tài)的一個或多個原子的至少一個子集與多個原子中的至少另一個原子進行量子力學(xué)糾纏；以及一個或多個讀出光學(xué)單元，被配置為對一個或多個疊加態(tài)執(zhí)行一個或多個測量以獲得非經(jīng)典計算。非經(jīng)典計算可以包括量子計算。量子計算可以包括門模型量子計算。多個原子中的一個或多個原子可以包括量子位。第一原子態(tài)可以包括第一單量子位狀態(tài)并且第二原子態(tài)可以包括第二單量子位狀態(tài)。第一原子態(tài)或第二原子態(tài)可以相對于原子的基原子態(tài)在能量上是升高的。第一原子態(tài)可以包括第一超精細電子態(tài)，并且第二原子態(tài)可以包括與第一超精細電子態(tài)不同的第二超精細電子態(tài)。第一原子態(tài)可以包括第一核自旋態(tài)，并且第二原子態(tài)可以包括與第一核自旋態(tài)不同的第二核自旋態(tài)。多個原子可以包括至少100個原子。多個原子可以包括中性原子。多個原子可以包括稀土原子。多個原子可以包括堿原子。多個原子可以包括堿土原子。堿土原子可以包括鍶原子。鍶原子可以包括鍶-87原子。第一和第二原子態(tài)可以包括鍶-87?3p1流形上的第一和第二超精細態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括鍶-87?3p2流形上的第一和第二超精細態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括多重態(tài)流形上的第一和第二超精細態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括三重態(tài)流形上的第一和第二超精細態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括四極核的第一和第二核自旋態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括自旋-9/2核的第一和第二核自旋態(tài)。第一和第二原子態(tài)可以包括鍶-87的第一和第二核自旋態(tài)。處于一個或多個疊加態(tài)的一個或多個原子和另一原子的子集可以以至少1秒的相干壽命進行量子力學(xué)糾纏。多個原子可以包括至多10微開爾文(μk)的溫度。該系統(tǒng)可以還包括一個或多個真空單元，該真空單元被配置為將該系統(tǒng)維持在至多10-6帕斯卡(pa)的壓力下。多個光學(xué)捕獲位點中的每個光學(xué)捕獲位點可以與其他光學(xué)捕獲位點在空間上相隔至少200納米(nm)。多個光學(xué)捕獲位點中的每個光學(xué)捕獲位點可以被配置為捕獲多個原子中的單個原子。一個或多個光學(xué)捕獲位點可以包括一個或多個光鑷。一個或多個光學(xué)捕獲位點可以包括一個或多個光學(xué)晶格中的一個或多個光學(xué)晶格位點。一個或多個光學(xué)晶格可以包括從由以下組成的組中選擇的一個或多個成員：一維(1d)光學(xué)晶格、二維(2d)光學(xué)晶格和三維(3d)光學(xué)晶格。一個或多個光學(xué)捕獲單元可以包括一個或多個空間光調(diào)制器(slm)，其被配置為生成多個光學(xué)捕獲位點。一個或多個slm可以包括一個或多個數(shù)字微鏡器件(dmd)或一個或多個硅基液晶(lcos)器件。一個或多個光學(xué)捕獲單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射調(diào)諧到與多個原子相對應(yīng)的一個或多個神奇波長的光。一個或多個光學(xué)捕獲單元可以包括一個或多個成像單元，其被配置為獲得在光學(xué)捕獲位點內(nèi)捕獲的多個原子的空間配置的一個或多個圖像。一個或多個圖像可以包括從由熒光圖像、單原子熒光圖像、吸收圖像、單原子吸收圖像、相襯圖像和單原子相襯圖像組成的組中選擇的一個或多個成員。該系統(tǒng)還可以包括一個或多個空間配置人工智能(ai)單元，其被配置為執(zhí)行一個或多個ai操作以基于一個或多個圖像來確定在光學(xué)捕獲位點內(nèi)捕獲的多個原子的空間配置。一個或多個ai操作可以包括一個或多個機器學(xué)習(xí)(ml)操作。一個或多個ai操作可以包括一個或多個強化學(xué)習(xí)(rl)操作。一個或多個光學(xué)捕獲單元可以包括一個或多個原子重排單元，該原子重排單元被配置為基于一個或多個圖像來賦予被光學(xué)捕獲位點捕獲的多個原子的改變的空間布置。該系統(tǒng)還可以包括一個或多個空間布置人工智能(ai)單元，其被配置為執(zhí)行一個或多個ai操作以基于一個或多個圖像確定在光學(xué)捕獲位點內(nèi)捕獲的多個原子的改變的空間布置。一個或多個ai操作可以包括一個或多個機器學(xué)習(xí)(ml)操作。一個或多個ai操作可以包括一個或多個強化學(xué)習(xí)(rl)操作。一個或多個原子重排單元可以被配置為改變空間布置以獲得多個光學(xué)捕獲位點的填充因子的增加。填充因子可以包括至少70％的值。該系統(tǒng)還可以包括一個或多個狀態(tài)準備單元，其被配置為準備多個原子的狀態(tài)。一個或多個狀態(tài)準備單元可以被配置為冷卻多個原子。一個或多個狀態(tài)準備單元可以被配置為在多個光學(xué)捕獲位點處捕獲多個原子之前冷卻多個原子。狀態(tài)準備單元中的一個或多個可以包括塞曼減速器，其被配置為將一個或多個原子從第一速度或速度分布減慢到低于第一速度或速度分布的第二速度。塞曼減速器可以包括一維(1d)塞曼減速器。第二速度可以至多為每秒10米(m/s)。狀態(tài)準備單元中的一個或多個還可以包括第一磁光學(xué)捕獲(mot)，其被配置為將一個或多個原子冷卻到第一溫度。第一mot可以包括三維(3d)mot。第一mot可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有在從400nm至500nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。第一溫度可以是至多10毫開爾文(mk)。狀態(tài)準備單元中的一個或多個可以還包括第二mot，其被配置為將一個或多個原子從第一溫度冷卻到低于第一溫度的第二溫度。第二mot可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有在從400nm至1,000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。第二溫度可以至多為100微開爾文(μk)。一個或多個狀態(tài)準備單元還可以包括邊帶冷卻單元。邊帶冷卻單元可以被配置為使用邊帶冷卻來將一個或多個原子從第二溫度冷卻到低于第二溫度的第三溫度。邊帶冷卻單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有在從400nm至1,000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。第三溫度至多可以為10微開爾文(μk)。狀態(tài)準備單元中的一個或多個可以包括光泵浦單元，其被配置為發(fā)射光以將多個原子中的一個或多個原子從平衡原子態(tài)光學(xué)地泵浦到非平衡原子態(tài)。光泵浦單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射包括在從400納米(nm)至1,000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。光可以包括在從650nm至700nm的范圍內(nèi)的一個或多個波長。狀態(tài)準備單元中的一個或多個可以包括相干驅(qū)動單元，其被配置為將一個或多個原子從非平衡原子態(tài)相干驅(qū)動到第一或第二原子態(tài)。相干驅(qū)動單元可以被配置為在非平衡態(tài)與第一或第二原子態(tài)之間誘發(fā)雙光子躍遷。相干驅(qū)動單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有在從400nm至1,000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。相干驅(qū)動單元可以被配置為在非平衡態(tài)與第一或第二原子態(tài)之間誘發(fā)單光子躍遷。相干驅(qū)動單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有在從400nm至1,000nm范圍內(nèi)的一個或多個波長的光。相干驅(qū)動單元可以被配置為在非平衡態(tài)與第一或第二原子態(tài)之間誘發(fā)射頻(rf)躍遷。相干驅(qū)動單元可以包括一個或多個電磁輻射源，該電磁輻射源被配置為發(fā)射被配置為誘發(fā)rf躍遷的電磁輻射。一個或多個電磁遞送單元可以包括被配置為選擇性地向多個原子中的一個或多個原子施加電磁能的一個或多個空間光調(diào)制器(slm)、聲光器件(aod)或聲光調(diào)制器(aom)。一個或多個電磁遞送單元可以包括一個或多個數(shù)字微鏡器件(dmd)或一個或多個硅基液晶(lcos)器件。該系統(tǒng)還可以包括一個或多個電磁能人工智能(ai)單元，其被配置為執(zhí)行一個或多個ai操作以選擇性地向一個或多個原子施加電磁能。一個或多個ai操作可以包括一個或多個機器學(xué)習(xí)(ml)操作。一個或多個ai操作可以包括一個或多個強化學(xué)習(xí)(rl)操作。電磁能可以包括光能。電磁能可以包括微波能。電磁能量可以包括射頻(rf)能量。rf能量可以包括至少30毫米(mm)的一個或多個波長。rf能量可以包括不超過10瓦(w)的平均功率。一個或多個電磁遞送單元可以被配置為對一個或多個量子位實現(xiàn)一個或多個單量子位門操作。一個或多個讀出光學(xué)單元可以包括一個或多個光學(xué)檢測器。一個或多個光學(xué)檢測器可以包括一個或多個照相機。一個或多個光學(xué)檢測器可以包括一個或多個熒光檢測器。該系統(tǒng)可以還包括一個或多個原子貯存器，該原子貯存器被配置為在從多個光學(xué)捕獲位點中的一個或多個光學(xué)捕獲位點丟失一個或多個原子時供應(yīng)一個或多個替換原子以替換該一個或多個光學(xué)捕獲位點處的該一個或多個原子。該系統(tǒng)可以還包括一個或多個原子移動單元，其被配置為將一個或多個替代原子移動到一個或多個光學(xué)捕獲位點。一個或多個原子移動單元可以包括一個或多個電可調(diào)透鏡、聲光偏轉(zhuǎn)器(aod)或空間光調(diào)制器(slm)。處于一個或多個疊加態(tài)的一個或多個原子的子集和另一個原子可以通過磁偶極相互作用、感應(yīng)磁偶極相互作用、電偶極相互作用或感應(yīng)電偶極相互作用而被量子力學(xué)糾纏。一個或多個糾纏單元可以包括一個或多個里德堡激發(fā)單元，其被配置為將處于一個或多個疊加態(tài)的一個或多個原子的子集電子激發(fā)到里德堡態(tài)或到里德堡態(tài)和低能原子態(tài)的疊加，從而形成一個或多個里德堡原子或修飾的里德堡原子。一個或多個里德堡激發(fā)單元可以被配置為在一個或多個里德堡原子或修飾的里德堡原子與另一個原子之間誘發(fā)一個或多個量子力學(xué)糾纏，該另一個原子位于與該一個或多個里德堡原子或修飾的里德堡原子相距不超過10微米(μm)的距離處。一個或多個里德堡單元可以被配置為將一個或多個里德堡原子或修飾的里德堡原子驅(qū)動到較低能量的原子態(tài)，從而形成一個或多個雙量子位單元。一個或多個電磁遞送單元可以被配置為對一個或多個雙量子位單元實現(xiàn)一個或多個雙量子位門操作。一個或多個里德堡激發(fā)單元可以包括一個或多個光源，其被配置為發(fā)射具有一個或多個紫外(uv)波長的光。光可以包括在從300nm至400nm的范圍內(nèi)的一個或多個波長。該系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)可操作地耦合到數(shù)字計算機。網(wǎng)絡(luò)可以包括云網(wǎng)絡(luò)。

4、在另一方面，本公開提供了一種非經(jīng)典計算機，包括：包括大于60個原子的多個量子位，每個原子被捕獲在空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點中的一個光學(xué)捕獲位點內(nèi)，其中該多個量子位包括至少第一量子位狀態(tài)和第二量子位狀態(tài)，其中第一量子位狀態(tài)包括第一原子態(tài)并且第二量子位狀態(tài)包括第二原子態(tài)；一個或多個電磁遞送單元，被配置為向多個量子位中的一個或多個量子位施加電磁能，從而向一個或多個量子位賦予非經(jīng)典操作，該非經(jīng)典操作包括至少第一量子位和第二量子位狀態(tài)之間的疊加狀態(tài)；一個或多個糾纏單元，被配置為對處于疊加中的多個量子位的至少一個子集與多個量子位中的至少另一個量子位進行量子力學(xué)糾纏；以及一個或多個讀出光學(xué)單元，被配置為對一個或多個量子位執(zhí)行一個或多個測量，從而獲得非經(jīng)典計算。

5、在另一方面，本公開提供了一種非經(jīng)典計算機，其包括多個量子位，該量子位包括大于60個原子，每個原子被捕獲在空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點中的光學(xué)捕獲位點內(nèi)。

6、在另一方面，本公開提供一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)生成空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點，該多個光學(xué)捕獲位點被配置為捕獲多個原子，該多個原子包括大于60個原子；(b)向多個原子中的一個或多個原子施加電磁能，從而誘發(fā)一個或多個原子采用第一原子態(tài)和與第一原子態(tài)不同的至少第二原子態(tài)的一個或多個疊加態(tài)；(c)將處于一個或多個疊加態(tài)的一個或多個原子的至少一個子集與多個原子中的至少另一個原子進行量子力學(xué)糾纏；并且(d)對一個或多個疊加態(tài)執(zhí)行一個或多個光學(xué)測量以獲得非經(jīng)典計算。

7、另一方面，本發(fā)明提供了一種進行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)提供包括大于60個原子的多個量子位，每個原子被捕獲在空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點中的光學(xué)捕獲位點內(nèi)，其中多個量子位包括至少第一量子位狀態(tài)和第二量子位狀態(tài)，其中第一量子位狀態(tài)包括第一原子態(tài)并且第二量子位狀態(tài)包括第二原子態(tài)；(b)向多個量子位中的一個或多個量子位施加電磁能，從而將非經(jīng)典操作賦予一個或多個量子位，該非經(jīng)典操作包括至少第一量子位狀態(tài)和第二量子位狀態(tài)之間的疊加狀態(tài)；(c)將處于疊加中的多個量子位中的至少一個子集與多個量子位中的至少另一個量子位進行量子力學(xué)糾纏；并且(d)對一個或多個量子位執(zhí)行一個或多個光學(xué)測量，從而獲得非經(jīng)典計算。

8、在另一方面，本公開提供了一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)提供多個量子位，該量子位包括大于60個原子，每個原子被捕獲在空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點中的光學(xué)捕獲位點內(nèi)；并且(b)使用多個量子位的至少一個子集來執(zhí)行非經(jīng)典計算。

9、在另一方面，本公開證實了一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)提供包括多個原子的多個光學(xué)捕獲位點，該多個原子是多個量子位；(b)將多個原子中的一個或多個從被占據(jù)的捕獲位點移動到未被占據(jù)的捕獲位點，從而改變多個原子的空間布置；(c)向該多個原子中的一個或多個原子施加電磁能，以誘發(fā)該一個或多個原子采用第一原子態(tài)和與該第一原子態(tài)不同的至少第二原子態(tài)的一個或多個疊加態(tài)，其中處于該一個或多個疊加態(tài)的該一個或多個原子中的一個原子與該多個原子中的另一個原子被量子力學(xué)糾纏；并且(d)對該一個或多個疊加態(tài)執(zhí)行一個或多個測量。

10、在另一方面，本公開證實了一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)生成空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點，該多個光學(xué)捕獲位點被配置為捕獲多個原子，其中該多個原子是量子位，其中該多個原子中的一個原子通過吸引力而被捕獲在該多個光學(xué)捕獲位點的光學(xué)捕獲位點中；(b)向該多個原子中的一個或多個原子施加電磁能，從而誘發(fā)該一個或多個原子采用第一原子態(tài)和與該第一原子態(tài)不同的至少第二原子態(tài)的一個或多個疊加態(tài)；(c)將處于該一個或多個疊加態(tài)的該一個或多個原子的至少一個子集與該多個原子中的至少另一個原子進行量子力學(xué)糾纏；并且(d)對該一個或多個疊加態(tài)執(zhí)行一個或多個測量以獲得該非經(jīng)典計算。

11、在另一方面，本公開證實了一種用于執(zhí)行非經(jīng)典計算的方法，包括：(a)生成空間上不同的多個光學(xué)捕獲位點，該多個光學(xué)捕獲位點被配置為捕獲多個原子，其中該多個原子是量子位；(b)向該多個原子中的一個或多個原子施加電磁能，從而誘發(fā)該一個或多個原子采用第一原子態(tài)和與該第一原子態(tài)不同的至少第二原子態(tài)的一個或多個疊加態(tài)，其中該施加包括用至少兩個光調(diào)制器調(diào)制該電磁能；(c)將處于該一個或多個疊加態(tài)的該一個或多個原子的至少一個子集與該多個原子中的至少另一個原子進行量子力學(xué)糾纏；并且(d)對該一個或多個疊加態(tài)執(zhí)行一個或多個測量以獲得該非經(jīng)典計算。

12、本公開的另一方面提供了一種包括機器可執(zhí)行代碼的非暫時性計算機可讀介質(zhì)，該機器可執(zhí)行代碼在由一個或多個計算機處理器執(zhí)行時實現(xiàn)以上或本文其他地方的任何方法。

13、本公開的另一方面提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個計算機處理器和與其耦合的計算機存儲器。計算機存儲器包括機器可執(zhí)行代碼，該機器可執(zhí)行代碼在由一個或多個計算機處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述或本文其他地方的任何方法。

14、從以下詳細描述中，本公開的其他方面和優(yōu)點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得顯而易見，其中僅示出和描述了本公開的說明性實施例。如將意識到的，本公開能夠有其他不同的實施例，并且其若干細節(jié)能夠在各種明顯的方面進行修改，所有這些都沒有脫離本公開。因此，附圖和描述在本質(zhì)上被認為是說明性的，而不是限制性的。

15、通過引用并入

16、本說明書中提及的所有出版物、專利和專利申請均通過引用并入本文，其程度就如同每個單獨的出版物、專利或?qū)＠暾埍痪唧w地和單獨地指示為通過引用并入一樣。如果通過引用并入的出版物和專利或?qū)＠暾埮c包含在說明書中的公開內(nèi)容相矛盾，則該說明書旨在取代和/或優(yōu)先于任何此類矛盾材料。