在开发量子计算机的过程中，物理学家们选择了好几条不同的道路。例如，谷歌最近报道称，他们的原型量子计算机在进行特定计算时可能比经典计算机更快。这些努力依赖于一种涉及超导材料的策略，这种材料在冷却到超冷温度时可以以零电阻导电。其他量子计算策略包括带电或中性原子阵列。
现在，加利福尼亚理工学院的一个量子物理学家小组已经取得了进展，他们使用了一种更复杂的中性原子——碱土原子，它位于元素周期表的第二列。这些原子，包括镁、钙和锶，在它们的外层或壳层有两个电子。在此之前，实验中性原子的研究人员将重点放在周期表第一列的元素上，这些元素的外层只有一个电子。
在发表在《自然物理》杂志上的一篇论文中，研究人员证明他们可以使用单独控制的碱土原子来实现量子计算的一个特征:纠缠。当两个原子即使相距很远，仍然紧密相连时，这种看似矛盾的现象就会发生。量子纠缠对量子计算机至关重要，因为它使计算机能够工作。内部的"开关，"被称为量子位元，用来相互关联并编码指数数量的信息。
物理助理教授、加州理工学院团队负责人曼努埃尔·恩德斯说:“从本质上讲，我们正在为三个领先的量子科学平台之一——单个中性原子——打破两量子位元的纠缠记录。”恩德雷斯还是美国国家科学基金会(nsfs)量子跳跃挑战研究所计划(quantum Leap Challenges institutes program)新成立的三个量子研究机构之一的成员，也是能源部新成立的五个量子科学中心之一的成员。
“我们为量子计算机和其他应用开辟了一个新的工具箱，”加州理工学院研究生、这项新研究的主要作者伊瓦伊洛·马加洛夫说。由于碱土原子的存在，我们有更多的机会操纵系统，也有新的机会对系统进行精确的操作和读出
为了实现他们的目标，研究人员转向光镊，它基本上是可以操纵单个原子的激光束。该团队之前曾使用同样的技术开发了一种新的光学原子钟设计。在新的研究中，镊子被用来说服原子阵列中的两个锶原子相互纠缠。
我们先前已经证明了单个碱土原子的第一次控制。加州理工学院的博士后学者雅各布·柯维说:“在目前的工作中，我们增加了一种机制来产生原子间的纠缠，这种机制基于高度激发的里德伯格态，在这种态中，相距许多微米的原子会感受到彼此之间巨大的力。”碱土原子的独特性质为改善和表征里德堡-相互作用机理提供了新的途径
更重要的是，研究人员创造出的纠缠态比之前通过使用中性原子获得的精确度更高，而且精确度与其他量子计算平台相当。
在未来，研究人员希望扩展他们控制单个量子位元的能力，他们计划进一步研究缠绕三个或更多原子的方法。
最后的目标是使许多原子达到非常高的纠缠度和可编程性，以便能够执行传统计算机难以处理的计算，Endres说。我们的系统也适用于研究多原子纠缠如何提高原子钟的稳定性
这项研究发表在8月份的《自然物理》杂志上，题目是"高保真纠缠和碱土里德伯格原子的探测，"是由美国国家科学基金会、斯隆基金会、F.布鲁姆基金会、加州理工学院、戈登和贝蒂·摩尔基金会以及拉森冲浪奖学金资助的。其他作者包括，在加州理工学院:研究生亚当L.肖;IQIM博士后物理学学者Joonhee Choi;羽衣甘蓝，实验室助理;亚历山大·库珀，前物理学博士后学者;汉内斯·皮克勒，前摩尔博士后理论物理学学者;还有由加州理工学院为NASA管理的喷气推进实验室(JPL)的弗拉迪米尔·施科尔尼克和杰森·r·威廉姆斯。
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