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科学家制造出一台能够利用回收原子进行自我修复的量子计算机

发布时间：2025-12-25 16:21:37 阅读数： 246

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补充镊子阵列中的原子。

与传统计算机一样，量子计算机也会出现故障。它们有时会丢失用于运行的原子，这会导致计算彻底停止。但美国原子计算公司（Atom Computing）的科学家们已经展示了一种解决方案，可以让量子计算机在运行过程中进行自我修复。

缺失的量子比特

研究团队将目光聚焦于使用中性原子（质子数和电子数相等的原子）的量子计算机。这些单个原子就是量子比特，也就是量子计算机内存的基本组成单元。它们通过被称为光镊的激光束固定在特定位置，但这种装置并非万无一失。

偶尔，原子会从陷阱中逃脱并消失。当这种情况发生在计算过程中时，整个过程可能会停滞不前，因为计算机无法在缺少部分的情况下继续运行。

研究人员在《物理评论X》期刊上发表的一篇论文中详细阐述了他们如何通过重新排列机器内部的原子来解决这个问题。他们没有将所有原子集中在一个拥挤的区域，而是将它们组织成五个不同的区域。这意味着，即使计算机某个部分的原子丢失，其他量子比特也不会受到影响。

这些专用区域包括用于存储量子比特的“寄存器”、用于执行计算的“交互区”以及用于利用被称为“辅助原子”的辅助原子来检查错误的“测量区”。此外，还有一个“存储区”，用于存放备用原子以替换丢失的原子；以及一个“加载区”，用于从外部引入新的原子来补充存储区。

但解决方案远比这更精妙。这种基于中性原子的量子计算机能够检测故障并即时修复。当系统检测到量子比特缺失时，它会进入存储区，将一个新的原子移动到相应位置。

一旦这个原子就位，计算机就会将其重置到基态（最低能量态），使其做好工作准备。计算机也可以通过同样的方法重置辅助粒子，使其在完成检查后重新投入使用。

为了证明他们的解决方案有效，研究人员让计算机运行一段重复代码，该程序可以检查自身运行是否存在错误。他们连续运行了41次这样的检查，每次计算机都能成功地替换丢失的原子，而不会干扰正在处理的数据。如果没有这种自我修复能力，系统在几轮运行后就会耗尽原子。

研究团队在论文中写道：“我们已经证明，在中性原子量子处理器中，在电路中间测量之后，可以重新初始化和重复使用辅助原子……这使得在量子比特寿命固有有限的平台上可以无限期地执行量子电路。”

该团队仍需做大量工作来完善他们的系统，但通过克服单个原子寿命有限的限制，他们已经向可以无限期运行的量子计算机迈进了一步。