本次成果由璇相科技與原子量子計算企業(yè)中器無量聯(lián)合攻關。璇相科技負責芯片研發(fā)，建立了AI輔助仿真與設計工具鏈，在GPU集群上完成光學單元設計、全片版圖生成和參數(shù)優(yōu)化；中器無量提供中性原子實驗平臺及系統(tǒng)級驗證支持。
近日，上海本土企業(yè)璇相科技成功研制出全球首款可產(chǎn)生百萬級原子光鑷陣列的超表面芯片，在約4毫米直徑的工作區(qū)域內(nèi)生成了百萬級光鑷位點。該成果突破了長期制約中性原子量子計算規(guī)模化擴展的核心光學瓶頸，為邁向百萬比特量級通用容錯量子計算補齊了關鍵前置硬件能力。
超表面原子光鑷藝術(shù)渲染圖
中性原子量子計算，光鑷陣列是"基礎底座"
量子計算遵循量子力學規(guī)律，有望在藥物研發(fā)、化學催化、材料合成、密碼分析等領域提供遠超經(jīng)典計算機的算力。中性原子量子計算是其中一條備受矚目的技術(shù)路線——科學家利用激光將冷卻后的中性原子逐個囚禁在真空中，再通過激光將原子激發(fā)到高能態(tài)，利用原子間相互作用實現(xiàn)量子門操控。
在這一技術(shù)路線中，光鑷陣列是整個系統(tǒng)的"基礎底座"。每一個光鑷是一束高度聚焦的激光，在真空中形成微型陷阱，把單個冷原子固定在焦點上。原子困不住，后續(xù)的裝載、重排、操控和讀出都無從談起。通用容錯量子計算對物理比特數(shù)量的需求在百萬量級，光鑷夠不夠多、夠不夠密，直接決定了這條路能走多遠。
頂級設備上限僅約5萬個陷阱
過去，光鑷陣列的生成主要依賴空間光調(diào)制器（SLM）或聲光偏轉(zhuǎn)器。SLM的典型像素尺寸在4至20微米之間，受限于有效數(shù)值孔徑，要把光聚焦到足以困住單個原子的微米級焦點，必須借助多級中繼光學系統(tǒng)逐級縮小光斑，每經(jīng)過一級光學元件，都會帶來功率折損和像差。
據(jù)哥倫比亞大學團隊估算，SLM大約需要300個像素才能穩(wěn)定生成一個高質(zhì)量陷阱，一臺4000×4000像素的頂級SLM能產(chǎn)生的高均勻性陷阱上限僅約5萬個。2025年9月，加州理工學院團隊用兩臺空間光調(diào)制器生成約1.2萬個光鑷位點，最終捕獲6100個中性原子，創(chuàng)下當時中性原子量子比特陣列的規(guī)模紀錄。
超表面芯片：指尖大小集成數(shù)億個納米光學單元
璇相科技給出的解決方案是超表面芯片。超表面是一種由亞波長尺度的納米柱陣列構(gòu)成的平面光學器件，每個納米柱精確調(diào)控穿過它的光波相位，激光穿過芯片時，數(shù)億個納米柱協(xié)同工作，直接在焦平面上形成預先設計好的光強分布。
與SLM相比，超表面的像素尺寸可做到幾百納米，遠小于工作波長，意味著更大的有效數(shù)值孔徑、更緊致的焦點，以及在同等面積內(nèi)容納更多光鑷位點的能力。更關鍵的是，超表面可以跳過中繼光學系統(tǒng)，直接把光鑷陣列投射到原子工作區(qū)域。
百萬光鑷陣列測試結(jié)果圖
璇相科技此次發(fā)布的芯片面向1064納米波段優(yōu)化，器件口徑接近厘米級，有效數(shù)值孔徑約0.65，在不經(jīng)過任何中繼光學系統(tǒng)的情況下，直接在約4毫米直徑的工作區(qū)域內(nèi)生成了百萬級光鑷位點。這是目前公開報道中，超表面光鑷陣列達到的最大規(guī)模。
璇相科技×中器無量，聯(lián)合攻關
本次成果由璇相科技與原子量子計算企業(yè)中器無量聯(lián)合攻關。璇相科技負責芯片研發(fā)，建立了AI輔助仿真與設計工具鏈，在GPU集群上完成光學單元設計、全片版圖生成和參數(shù)優(yōu)化；中器無量提供中性原子實驗平臺及系統(tǒng)級驗證支持。
百萬級光鑷陣列的視場遠大于現(xiàn)有系統(tǒng)設計指標，超大視場下的光路耦合和成像質(zhì)量是驗證中的核心難點。中器無量團隊完成了激光器、超大視場物鏡、真空腔和測試光路的適配，實現(xiàn)了芯片光鑷陣列在真實平臺上的光場驗證，并將系統(tǒng)對光鑷陣列的實際需求持續(xù)反饋至芯片設計、制備與驗證迭代中，最終共同完成了從芯片制備、光場測試到真實中性原子平臺實機驗證的閉環(huán)。
多家企業(yè)已導入
上海另一家中性原子企業(yè)太一量生也已導入該系列光鑷芯片，并開展大規(guī)模陣列相關實驗。太一量生由前微軟量子專家劉弘斌于今年1月在上海創(chuàng)辦，成立不到兩個月即完成首輪融資，目前已完成大規(guī)模光鑷陣列的獨立測量與驗證。
上海在中性原子量子計算、光芯片、精密光學、微納制造和高端激光器件等方向已形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈基礎。在資本端，上海設立了總規(guī)模150億元的未來產(chǎn)業(yè)基金，定位為"耐心資本"，堅持"投早、投小、投硬科技"，已將中性原子量子計算作為重點支持方向，投資了不籌量子、太一量生等多家企業(yè)。
從百萬光鑷位點到百萬原子捕獲
需要指出的是，本次驗證聚焦的是光場生成與系統(tǒng)適配，原子是否被實際裝載、裝載率如何，是下一階段要攻克的課題。璇相科技方面強調(diào)，光鑷芯片解決的是"先把足夠多的位點建出來"這一步，原子能不能高效入位并穩(wěn)定工作，最終取決于光學系統(tǒng)、裝載方案、控制系統(tǒng)之間的整體協(xié)同。
面向下一階段，璇相科技表示將聯(lián)合上海量子產(chǎn)業(yè)生態(tài)伙伴，持續(xù)攻關十萬級以上原子裝載、整機系統(tǒng)集成與長期穩(wěn)定運行等核心工程化課題。中器無量與璇相科技的中期目標為實現(xiàn)10萬級原子裝載與穩(wěn)定捕獲，遠期目標邁向100萬原子量級。
在商業(yè)化層面，中器無量規(guī)劃了整機銷售、云服務以及量智融合等特定解決方案，預測在材料研發(fā)、生物醫(yī)藥組合優(yōu)化等場景會率先用上量子算力，并正在積極推進量子人工智能在AI領域的應用。
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