科技日報記者 張佳欣
就像傳統計算機一樣，量子計算機也會“出故障”。在運行過程中，它們有時會丟失用于計算的原子，這可能會讓計算直接中斷。不過，據最新一期《物理評論X》雜志報道，美國量子計算機制造商“原子計算”展示了一種在運行中能自行修復的中性原子量子計算機，克服了原子損耗的關鍵難題，為開發可持續運行的量子計算機奠定了基礎，也為量子計算走向更大規模應用提供了新思路。
研究人員將目光聚焦在“中性原子量子計算機”上。這類量子計算機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，有時某個原子會從激光陷阱中逃逸消失，就像珠子從線上滑落一樣。如果這種情況發生在計算過程中，整個計算往往會被迫停止，因為量子計算機無法在缺失“零件”的情況下正常工作。
為解決這一問題，研究團隊想出了“分區管理”的辦法。他們把原子分成5個不同的功能區：寄存區用于存放量子比特，交互區進行計算，測量區用于利用輔助原子檢查誤差，儲備區則放著備用原子，加載區負責從外部補充新原子。
這樣一來，就好比把工廠的生產線分成幾個獨立車間，即便某個車間出現故障，其他車間仍能照常運轉，不會讓整個生產停擺。當“工廠”發現某個原子“跑掉”時，會立即從儲備區調出備用原子，放到空缺位置，并將其重置為最低能量狀態，使其馬上投入運算。同時，完成檢查任務的輔助原子也可以被回收，經過重置后重復使用，實現“邊運行邊修復”。
為了驗證這一機制，研究團隊讓量子計算機運行了一個重復代碼，并連續進行了41輪自檢。每輪中，系統都能像替換損壞零件一樣，及時補上丟失的原子，而數據運行不受影響。研究人員表示，如果沒有自我修復功能，系統在幾輪運算后就會“耗光原子”，無法繼續工作。
這項研究表明，中性原子量子處理器在電路運行中可像“回收零件”一樣，重新初始化并重復使用輔助原子，這樣在量子比特壽命有限的條件下，量子電路也能連續運轉。
