克服运行中原子损耗限制—— 能自行修复的量子计算机问世

科技日报北京12月22日电 （记者张佳欣）就像传统计算机一样，量子计算机也会“出故障”。在运行过程中，它们有时会丢失用于计算的原子，这可能会让计算直接中断。不过，据最新一期《物理评论X》杂志报道，美国量子计算机制造商“原子计算”展示了一种在运行中能自行修复的中性原子量子计算机，克服了原子损耗的关键难题，为开发可持续运行的量子计算机奠定了基础，也为量子计算走向更大规模应用提供了新思路。

研究人员将目光聚焦在“中性原子量子计算机”上。这类量子计算机以中性原子作为量子比特，利用激光束“光镊”将其固定在特定位置。但这种束缚方式并非万无一失，有时某个原子会从激光陷阱中逃逸消失，就像珠子从线上滑落一样。如果这种情况发生在计算过程中，整个计算往往会被迫停止，因为量子计算机无法在缺失“零件”的情况下正常工作。

为解决这一问题，研究团队想出了“分区管理”的办法。他们把原子分成5个不同的功能区：寄存区用于存放量子比特，交互区进行计算，测量区用于利用辅助原子检查误差，储备区则放着备用原子，加载区负责从外部补充新原子。

这样一来，就好比把工厂的生产线分成几个独立车间，即便某个车间出现故障，其他车间仍能照常运转，不会让整个生产停摆。当“工厂”发现某个原子“跑掉”时，会立即从储备区调出备用原子，放到空缺位置，并将其重置为最低能量状态，使其马上投入运算。同时，完成检查任务的辅助原子也可以被回收，经过重置后重复使用，实现“边运行边修复”。

为了验证这一机制，研究团队让量子计算机运行了一个重复代码，并连续进行了41轮自检。每轮中，系统都能像替换损坏零件一样，及时补上丢失的原子，而数据运行不受影响。研究人员表示，如果没有自我修复功能，系统在几轮运算后就会“耗光原子”，无法继续工作。

这项研究表明，中性原子量子处理器在电路运行中可像“回收零件”一样，重新初始化并重复使用辅助原子，这样在量子比特寿命有限的条件下，量子电路也能连续运转。