第一列
本計畫目標是建構一套二維銫原子陣列的平台，實現64量子位元的可程式數位量子處理器及超過200 量子位元的類比量子處理器。我們預期將雙位元量子閘的保真度推進至 0.99 以上，並發展可規模化量子閘的操控技術，以執行可程式化的量子演算法，這將開啟本地學者利用自行研發的量子電腦研究前沿量子計算與模擬問題的機會。我們也將以此平台研究多體自旋磁性模型以及發展量子近似最佳化演算法研究有現實用途的組合數學最佳化問題。
(a)基於二維中性原子陣列的量子電腦示意圖，雷射光經空間調制器在真空玻璃瓶內形成光鉗陣列，每個光鉗捕捉單個超冷原子。二維聲光晶體偏光器控制一可移動光鉗，用於原子位置重排以產生一對距離較近的原子，兩道Rydberg態激發雷射光照至該對原子及實現雙位元量子閘。另有Raman雷射(未畫)照至個別原子則實現單位元量子閘，量子演算法透過古典介面輸入經量子編碼器操控硬體，實現量子計算。其結果可透過CCD攝影機偵測原子螢光決定其狀態。
(b)若個別原子有被單獨操控則可實現數位量子計算。
(c)若全部原子被雷射光集體作用，則可透過雷射及原子參數操控系統的Hamiltonian，實現類比量子模擬。
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共同主持人
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林育如（中央研究院原子與分子科學研究所）
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任祥華（中央研究院原子與分子科學研究所）
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詹楊皓（中央研究院原子與分子科學研究所）
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李晁逵（國立中山大學光電工程學系）
二維任意形狀的中空光鉗陣列
此技術欲解決問題：
可同時捕獲基態及Rydberg態原子的二維光鉗陣列重要性/突破性：
原子陣列實驗大多用紅調變聚焦高斯光束，它可補捉基態原子但會排開Rydberg態原子，因此做量子閘運作時需關掉光鉗，但反覆開關光鉗將加熱原子，減少量子電路的深度。本技術中空光鉗陣列可利用藍調變雷射同時捕捉基態及Rydberg態原子，減少上述問題。另外，它也可捕獲不同Rydberg態原子陣列，進行特殊磁性模型的量子模擬。與計畫未來研發方向的關聯性：
此技術將用於量子處理器的量子位元暫存區及量子模擬實驗。
左圖：6乘6中空光鉗陣列。
右圖：沿著光行進方向的強度剖面圖。捕捉單原子時會用高NA透鏡將光點縮至約1mm。