Atom Computing公司報告了一種用於在基於中性原子的量子處理器中操作大量量子位元的多步驟錯誤管理方法。該方法包括使用輔助量子位元來減少電路中測量期間的原子損失，並重複使用這些輔助原子。他們也成功地在將原子從磁光阱補充到計算暫存器的過程中，保持了現有原子的量子態。
該實驗使用了具有兩個基態的鐿原子，並利用現有的光散射方法將其聚焦到單一量子位元態。研究人員將測量原子與計算暫存器物理分離，並改變其共振波長，成功降低了雷射的不利影響。他們也示範了對測量原子進行重新冷卻和重複使用，以及從位於鑷子陣列下方300毫米的磁光阱中無損補充原子的方法。哈佛大學的米哈伊爾·盧金承認，這項研究與他自己使用銣原子和不同方法的研究存在差異，但他仍然將這項成果描述為鐿量子計算平台的一項重大技術進步，並表示它將助力2025年中性原子量子計算領域的發展。
研究成果發表在《物理評論X》。
從： 
量子位元「回收」技術為中性原子量子運算注入強勁動力
【社論】
糾錯是量子電腦實際應用中不可避免的問題。特別是，使用中性原子的方法有一個無法迴避的問題：原子一旦被測量，整個原子就會消失。原子計算最新成果的意義在於，它將這種「一次性」模式轉變為「減少、重複使用、補充」的循環操作。
在這個系統中，鐿原子透過光鑷排列成多個區域，每個區域都承擔特定功能：用於計算的暫存器區、用於誤差檢測的輔助原子區以及儲存和載入區。需要測量的原子會被暫時從寄存器區中物理移除，並使用非共振波長的雷射進行讀取和冷卻，從而可以在不破壞周圍量子態的情況下對其進行操控。
關鍵在於，測量結束後，輔助原子可以「重新冷卻並恢復到原來的工作狀態」 ，任何缺失的原子都可以透過位於鑷子陣列下方約300毫米處的磁光阱補充。這樣，每次計算過程中原子丟失後都能補充，並且已經證明可以穩定地進行41輪誤差檢測。這與以往一旦原子遺失就必須中止計算的情況截然不同。
隨著這項技術的成熟，它將逐步實現「容錯」運行，執行多輪量子糾錯碼。但實際上，它尚未達到可以直接應用於大規模商用機器的階段，仍存在一些障礙需要克服，例如原子數量、錯誤率和控制複雜度。儘管如此，本文所展示的連續循環機制正成為檢驗中性原子平台能否承受長期、大規模演算法運作的試金石。
在中性原子領域，哈佛大學的米哈伊爾·盧金及其同事利用銣原子和不同的測量方法研究了類似的問題，而原子計算公司基於鐿原子的研究成果則補充了他們的工作。不同物理實現方案之間的競爭——即誰能有效地回收原子並最大限度地減少誤差——必將影響未來標準架構的選擇。
這則新聞預示著一種變革：量子電腦正從「魔盒」演變為即使零件被移除也能透過自我替換繼續運作的機器。在不久的將來，當金融、材料探勘和密碼學等應用需要能夠長時間不間斷運作的量子後端時，像這樣的可回收技術很可能會在悄悄為這些應用奠定基礎。
[術語]
中性原子量子計算<br>一種利用光鑷（雷射）捕獲不帶電荷的中性原子並將其用作量子位元的方法。與超導方法相比，此方法的優點在於允許原子排列得更緊密，並具有更長的相干時間。
量子比特（qubit）
量子計算機的資訊單元。它透過「疊加態」（同時包含 0 和 1）和「糾纏態」（多個位元之間的相關性）展現出超越經典位元的運算能力。
輔助量子比特
量子位元並非直接用於計算，而是專門用於檢測和修正錯誤。它們通常在測量後被丟棄，但這項研究使得它們的重複利用成為可能。
電路中段測量
這項技術涉及在量子電路執行過程中測量部分量子位元，並根據測量結果調整後續操作。這對於糾錯至關重要，但問題在於這些測量容易造成破壞性後果。
磁光阱（MOT）
該裝置結合了雷射和磁場，用於捕獲和冷卻空氣中的原子。在本研究中，它被用作向計算暫存器添加原子的「儲存庫」。
光鑷陣列<br>由聚焦雷射光束製成的眾多「光鑷」陣列。單一中性原子可以被放置在任意位置並獨立控制，使其適用於實現大規模量子處理器。
容錯性<br>即使發生錯誤，也不會導致整個計算崩潰，而是透過修正錯誤繼續產生正確結果。這對於實用的量子電腦來說至關重要。
鐿（Yb）原子<br>一種稀土元素，原子序數為70。它有兩個穩定的基態和弱躍遷，使其易於作為量子位元處理，並且在中性原子量子計算機中得到了廣泛的研究。
[參考連結]
Atom Computing （外部）
一家美國中立原子量子電腦公司，已製造出擁有超過 1200 個量子位元的機器。
《物理評論X》 （外在）
這是美國物理學會出版的開放取用學術期刊，這項研究就發表在該期刊上。
微軟量子（外部）
微軟與Atom Computing合作開發的量子運算平台。
[參考文章]
科學家製造出一台能夠利用回收原子進行自我修復的量子電腦（外部報道）
解釋了中性原子量子計算機如何在計算過程中補充原子並進行自我修復。
量子電腦回收其原子量子位元（外部連結）
美國物理學會的一篇評論文章，評估了輔助原子的再利用。
量子比特回收提升中性原子量子運算能力（外部連結）
一篇技術評論，詳細介紹了鐿原子的選擇性測量和區域設計。
一種用於通用量子運算的容錯中性原子架構（外部）
我們提出了一種利用中性原子實現容錯量子運算的架構。
[編者註]
量子電腦往往看起來像是“無所不能的魔法盒子”，但實際上，它們比你想像的要脆弱得多，每次測量時，原子有時會洩漏，其他部分也會損壞。這項原子計算研究試圖透過「回收」的概念來克服這種脆弱性。
您認為隨著這些技術穩定進步的積累，將會湧現哪些應用？我們常聽到量子電腦在金融運算、藥物研發和密碼破解等各個領域的應用，但它們能否真正發揮作用的關鍵或許在於如何重複利用原子這一細節。
