摘要

光學(xué)鑷子陣列已成為量子計(jì)算^3,4、量子模擬^5,6和量子計(jì)量^7,8領(lǐng)域的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)平臺(tái)^1,2，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)單個(gè)原子和分子前所未有的控制水平。然而，如何擴(kuò)展這類陣列的規(guī)模已成為一個(gè)重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，光學(xué)鑷子陣列是通過(guò)聲光偏轉(zhuǎn)器或液晶空間光調(diào)制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于光學(xué)分辨率的限制，陣列的規(guī)模通常最多只能達(dá)到約10,000個(gè)陷阱^{9。而由數(shù)百萬(wàn)個(gè)亞波長(zhǎng)像素組成的平面光子器件（即超表面10,11）為光學(xué)鑷子陣列的生成提供了新的解決方案12。在本研究中，我們展示了如何利用全息超表面來(lái)捕獲單個(gè)鍶原子。我們成功構(gòu)建了二維陣列，其中包含超過(guò)100個(gè)鍶原子，這些原子可以按照任意幾何形狀排列，陷阱間距小至1.5微米。這些陣列在陷阱深度、陷阱頻率和位置精度方面表現(xiàn)出極高的均勻性，與現(xiàn)有技術(shù)相當(dāng)甚至更優(yōu)。這一成就得益于采用高折射率材料（富含硅的氮化硅和二氧化鈦）制造的高效全息超表面。通過(guò)分析和數(shù)值計(jì)算，我們發(fā)現(xiàn)這些超表面的亞波長(zhǎng)像素尺寸使得光學(xué)鑷子陣列的規(guī)模可以遠(yuǎn)超當(dāng)前的技術(shù)限制。作為驗(yàn)證，我們實(shí)現(xiàn)了擁有360,000個(gè)陷阱的光學(xué)鑷子陣列。這些進(jìn)展為開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的中性原子量子技術(shù)克服了關(guān)鍵障礙。}