中性原子与Rydberg原子阵列量子计算技术综述

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作为“量子优化与量子模拟”章节的重点案例研究，着重阐述Rydberg阻塞效应的物理原理、哈密顿量数学描述、MIS问题映射方法，以及主流厂商（QuEra/Pasqal）的技术路线对比。

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中性原子与 Rydberg 原子阵列量子计算技术综述

1. 引言

中性原子量子计算是近年来发展最为迅猛的量子计算技术路线之一。通过**光镊（Optical Tweezers）阵列捕获中性原子，并利用里德堡（Rydberg）**激发实现原子间可控的长程相互作用，该技术展现出原生多体纠缠、任意长程连接和可重构晶格几何等独特优势。

以 QuEra、Pasqal、Atom Computing 等公司为引领，中性原子平台已从实验室原型迅速走向商业应用。2022年，哈佛大学与 QuEra 合作团队在 289 量子比特的里德堡原子阵列上实现了最大独立集（Maximum Independent Set, MIS）问题的量子优化，首次展示了相对于经典算法的超线性量子加速。2024年，中国科学技术大学团队构建了 2024 个原子的无缺陷二维和三维原子阵列，单比特门保真度达 99.97%，双比特门保真度达 99.84%，该成果入选美国物理学会2025年国际物理学重大进展。

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2. Rydberg 阻塞效应：物理机制与数学描述

2.1 基本原理

**Rydberg 阻塞效应（Rydberg Blockade）