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就像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣，量子計(jì)算機(jī)也會(huì)“出故障”。在運(yùn)行過程中，它們有時(shí)會(huì)丟失用于計(jì)算的原子，這可能會(huì)讓計(jì)算直接中斷。不過，據(jù)最新一期《物理評論X》雜志報(bào)道，美國量子計(jì)算機(jī)制造商“原子計(jì)算”展示了一種在運(yùn)行中能自行修復(fù)的中性原子量子計(jì)算機(jī)，克服了原子損耗的關(guān)鍵難題，為開發(fā)可持續(xù)運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)奠定了基礎(chǔ)，也為量子計(jì)算走向更大規(guī)模應(yīng)用提供了新思路。

研究人員將目光聚焦在“中性原子量子計(jì)算機(jī)”上。這類量子計(jì)算機(jī)以中性原子作為量子比特，利用激光束“光鑷”將其固定在特定位置。但這種束縛方式并非萬無一失，有時(shí)某個(gè)原子會(huì)從激光陷阱中逃逸消失，就像珠子從線上滑落一樣。如果這種情況發(fā)生在計(jì)算過程中，整個(gè)計(jì)算往往會(huì)被迫停止，因?yàn)榱孔佑?jì)算機(jī)無法在缺失“零件”的情況下正常工作。

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)想出了“分區(qū)管理”的辦法。他們把原子分成5個(gè)不同的功能區(qū)：寄存區(qū)用于存放量子比特，交互區(qū)進(jìn)行計(jì)算，測量區(qū)用于利用輔助原子檢查誤差，儲(chǔ)備區(qū)則放著備用原子，加載區(qū)負(fù)責(zé)從外部補(bǔ)充新原子。

這樣一來，就好比把工廠的生產(chǎn)線分成幾個(gè)獨(dú)立車間，即便某個(gè)車間出現(xiàn)故障，其他車間仍能照常運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)讓整個(gè)生產(chǎn)停擺。當(dāng)“工廠”發(fā)現(xiàn)某個(gè)原子“跑掉”時(shí)，會(huì)立即從儲(chǔ)備區(qū)調(diào)出備用原子，放到空缺位置，并將其重置為最低能量狀態(tài)，使其馬上投入運(yùn)算。同時(shí)，完成檢查任務(wù)的輔助原子也可以被回收，經(jīng)過重置后重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)“邊運(yùn)行邊修復(fù)”。

為了驗(yàn)證這一機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)讓量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行了一個(gè)重復(fù)代碼，并連續(xù)進(jìn)行了41輪自檢。每輪中，系統(tǒng)都能像替換損壞零件一樣，及時(shí)補(bǔ)上丟失的原子，而數(shù)據(jù)運(yùn)行不受影響。研究人員表示，如果沒有自我修復(fù)功能，系統(tǒng)在幾輪運(yùn)算后就會(huì)“耗光原子”，無法繼續(xù)工作。

這項(xiàng)研究表明，中性原子量子處理器在電路運(yùn)行中可像“回收零件”一樣，重新初始化并重復(fù)使用輔助原子，這樣在量子比特壽命有限的條件下，量子電路也能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。