梁明远MINGYUAN LIANG

Neutral Atom Quantum Computing · Experimental Quantum Optics

梁明远MINGYUAN LIANG

在光镊阵列中排列原子,在里德堡阻塞中编织纠缠。以 SLM 波前工程与闭环计算光学为工具,构建面向容错量子计算的中性原子量子处理器。

中性原子量子计算实验量子光学容错量子计算架构

λ/100

波前残差 RMS

10×10

均匀光镊阵列

PDH

激光稳频闭环

CUDA

实时相位恢复

01 · ABOUT

关于我 / MINGYUAN LIANG

一名同时扎根光学平台与算法代码的中性原子量子计算研究者:左手 SLM 与光镊,右手 PyTorch 与解码器。

我是梁明远,从事中性原子量子计算、实验量子光学与容错量子计算架构研究。我相信量子计算的下一程,属于那些能在「单个原子的 µK 世界」与「大规模纠错解码的比特世界」之间自由切换的人。

在实验上,我专注于以空间光调制器(SLM)为核心的精密光场工程:二维 Top-Hat 平顶光束生成、Dammann 相位光栅设计、基于 Zernike 多项式的波前像差闭环矫正,波前残差控制在 λ/100 量级,以此支撑 10×10 及更大规模的均匀光镊阵列。在计算侧,我用 PyTorch 与 CUDA 加速共轭梯度(CG)算法与菲涅尔衍射积分建模,把相位恢复从离线拟合推进到实时闭环反馈。

我的长期目标是把这套「光学精密 × 计算闭环」的方法论,延伸到表面码逻辑比特、魔术态蒸馏与神经网络级联解码的完整容错栈 —— 从一个原子到一个逻辑量子比特。

Python / PyTorch / CUDASciPy / OpenCVGitObsidian自动化实验闭环架构

RESEARCH TRACK · 研究轨迹

  1. 本科阶段

    引力波的引力透镜效应

    毕业论文聚焦引力波透镜效应引起的参数化后爱因斯坦(ppE)相位参数偏移,以广义相对论检验为线索完成第一个物理研究闭环。

  2. 研究生转向

    中性原子量子计算实验

    走进超高真空腔与光镊阵列:从单原子囚禁、SLM 光场调控,到里德堡激发与相干操控,搭建面向容错架构的实验平台。

  3. 当前主攻

    容错量子计算与解码

    表面码 + 自适应 Clifford 电路、15-to-1 魔术态蒸馏协议分析、神经网络级联解码器与后选择机制 —— 让逻辑错误率真正跌破阈值。

NOW · 当前实验台状态

  • SLM 二维平顶光束整形 + Zernike 闭环波前矫正(λ/100 量级)
  • 10×10 及更大规模均匀光镊阵列构建与原子重排
  • 里德堡激发光路(420 / 480 nm)与 AOM 高频射频链
  • PDH 稳频、保偏/光子晶体光纤耦合效率优化
  • PyTorch + CUDA 实时相位恢复与闭环实验反馈控制

02 · HARDWARE & STACK

技术栈 / 实验与计算双螺旋

光镊阵列的均匀性由 λ/100 的波前精度决定,逻辑比特的错误率由解码器决定 —— 我的技能树沿着这两条主线对称生长。

1064 nm · SLM & WAVEFRONT

光场调控与光镊阵列

  • SLM 二维光束整形:2D Top-Hat 平顶光片生成(目标均匀性 σ/μ < 3%)
  • 10×10 及更大规模均匀光镊阵列构建与无缺陷重排
  • Dammann 相位光栅设计(多级衍射效率优化)
  • 基于 Zernike 多项式的波前像差闭环矫正 —— 残差 RMS 达 λ/100 量级

852 / 480 nm · CONTROL

量子操控与光学系统

  • 里德堡(Rydberg)原子激发与相干操控
  • AOM 高频射频控制链路设计与标定
  • Pound-Drever-Hall (PDH) 激光稳频系统
  • 保偏光纤 / 光子晶体光纤 (LMA-PM) 光路耦合
  • CMOS 光束轮廓与波前传感诊断

PYTORCH · CUDA · CG

计算光学

  • CUDA 加速共轭梯度(CG)相位优化:batch 多随机初值并行搜索
  • 菲涅尔衍射积分建模(单 FFT 传播子,复振幅全链路仿真)
  • 实时相位恢复(Phase Retrieval)与闭环实验反馈控制
>>> phi = cg(A, b, max_iter=200) # fresnel_adjoint

FTQC · DECODERS

容错量子计算与解码

  • 表面码(Surface Codes)纠错循环与逻辑门编译
  • 自适应 Clifford 电路(中途测量 + 经典前馈)
  • 15-to-1 Bravyi-Kitaev 魔术态蒸馏协议分析(p_out ∝ 35p³)
  • 神经网络级联解码器(Cascade Decoders)与后选择机制研究

GRAVITATIONAL WAVES

早期交叉研究

  • 本科毕业论文:《引力波的引力透镜效应对检验广义相对论的影响》
  • 聚焦引力波透镜效应引起的参数化后爱因斯坦(ppE)相位参数偏移分析

TOOLCHAIN · 工具链

日常装备

PythonPyTorchCUDASciPyOpenCVGitObsidian自动化实验闭环控制架构

方法论闭环:精密光场工程 → 原子阵列制备 → 里德堡纠缠 → 纠错解码 → 反馈优化光场。

OPTICS ⇄ COMPUTE FEEDBACK LOOP

03 · NEUTRAL ATOM CANON

中性原子文献全集2006–2026

持续追踪四大顶尖课题组近 20 年的全部相关文献,并为每篇里程碑论文提供「核心贡献 / 创新点 / 实验指标」三段式 AI 凝练解读。

Mikhail D. Lukin · 2024 里程碑 · 示范解读Nature 626, 58–65(2023-12-06 在线)

Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays

基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器

核心贡献

实现首个基于可重构原子阵列的逻辑量子处理器:在 448 原子阵列上运行最多 48 个逻辑量子比特的编码电路,验证了容错操作的关键性能区间 —— 中性原子平台正式跨入逻辑量子比特时代。

核心创新点

  • ▸以相干输运 + 区化架构执行横向逻辑门(transversal gates)与逻辑 T 门注入
  • ▸表面码与颜色码并行验证:码距增大时逻辑错误率如预期下降(低于阈值运行)

实现指标

448 个原子的可重构阵列、最多 280 个物理量子比特参与编码、48 个逻辑量子比特执行多种算法(含逻辑 GHZ、逻辑相位码与后选择纠错循环),是彼时所有物理平台中规模最大的逻辑量子计算演示。

N = 448 原子48 逻辑比特≤ 280 物理比特d = 3–7
进入完整智库(330 篇 · 四大组 20 年)

04 · OPTICAL TABLE & LAB NOTES

实验台与研发手记

零数据库 Git-CMS:本地 Markdown(完美兼容 Obsidian 语法:KaTeX 公式、双链、Callout)直接生成为文章。这里沉淀每一张光学平台的真实调试经验。

content/lab-notes/*.mdx→新增 Markdown 文件即为新文章(支持 $$E=mc^2$$、[[双链]]、> [!WARNING])

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05 · NEWS & SHORTCUTS

动态与快速入口 / WHAT'S NEW

站点与研究的最新动态(数据源:src/lib/profile.ts),以及最常用的几个入口。

LOG · 最新动态