康奈尔芯片激光冷却技术提速量子计算

一、芯片激光冷却取得新进展

北京时间2026年11月12日的报道披露，康奈尔大学（CornellUniversity）研究人员开发出一种激光冷却技术，用微加工芯片产生驻波激光束来冷却被囚禁的离子。这项工作发表于《PRX Quantum》（物理评论X·量子），由康奈尔大学达菲尔德工程学院电气与计算机工程助理教授卡兰·梅塔（Karan Mehta）领衔，博士生甄仲兴（ZhenzhongXing）参与了理论预测工作。研究团队让两束方向相反的激光相向传播，形成明暗交替的驻波光场，再把钙离子置于光强最小点，也就是驻波的波节处。处在波节位置的钙离子既能被带走运动能量，又能抑制那些本会造成额外加热的光相互作用，从而实现更干净的冷却效果。

二、冷却速度提升约三倍

囚禁离子量子计算机用电磁场悬浮单个带电原子来处理信息，离子在运算前必须被冷却到接近量子基态，冷却所占的时间一直是制约这类计算机提速的瓶颈之一。康奈尔大学团队把驻波激光与电磁感应透明冷却（EIT冷却）结合起来，在约150微秒内把目标运动模式冷却到接近量子基态，而采用常规激光排布大约需要500微秒，速度提升约三倍。同时，这项技术一次冷却了钙离子全部三个已测量的运动模式，覆盖约5兆赫的频率范围，目标模式的声子占据数达到约0.05。值得注意的是，这次实验只涉及单个钙离子，尚未在多离子量子处理器上验证。芯片本身通过与苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）合作，在荷兰商业化制造，集成了从紫外到近红外多个波段的光路，能够在低温环境下工作，为把光学控制与离子囚禁集成在同一芯片上提供了可行的工程方案。

三、为更大规模量子计算铺路

冷却时间缩短的意义在于，量子计算机每做一次运算都要反复冷却离子，省下来的每一微秒都会在成千上万次运算中累积成可观的时间。如果这项技术能从单个离子扩展到更多离子组成的系统，囚禁离子量子计算机的整体运行效率有望明显提升，冷却瓶颈也将随之缓解。康奈尔大学团队表示，这项方法适用于更大的囚禁离子量子计算机，但从单离子演示到多离子系统仍有工程路要走，包括如何在更大规模的芯片上稳定复现驻波光场、如何同步冷却更多运动模式。对量子计算行业而言，这项工作的价值还在于验证了一个存在已久的理论预测：处在驻波波节处的离子可以被冷却到常规多普勒极限以下。理论与实验在此对上了号，为后续的芯片集成光学控制路线提供了信心。接下来值得观察的，是研究团队能否把这项技术推广到多离子芯片，并在真实的量子运算流程中复现同样的提速效果。

信源跟踪： PRX Quantum、康奈尔大学 | 数据时间： 北京时间 2026年11月12日