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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。
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