摘要：最新的科学研究揭示了一种全新的方法，利用有序排列的原子传送带技术来增强量子计算机的力量。这一突破由哈佛大学的物理学家Mikhail Lukin及其团队在《自然》杂志上发表，可能为量子计算领域的发展带来重大变革，尤其是在抵御原子损失带来的挑战方面。

信息来源：https://www.nature.com/articles/d41586-025-03002-x

最新的科学研究揭示了一种全新的方法，利用有序排列的原子传送带技术来增强量子计算机的力量。这一突破由哈佛大学的物理学家Mikhail Lukin及其团队在《自然》杂志上发表，可能为量子计算领域的发展带来重大变革，尤其是在抵御原子损失带来的挑战方面。

量子计算中的挑战与解决方案

随着量子计算的快速发展，研究者们面临着如何有效构建并维护大型量子计算机的难题。当前的量子计算技术主流多依赖于捕获离子或超导电路，虽然取得了一定成果，但也暴露出许多局限性，尤其是在提升计算规模和可靠性方面。

Mikhail Lukin（右）及其同事与他们的中性原子量子计算机。图片来源：Rose Lincoln/哈佛特约摄影师

Lukin团队的研究聚焦于中性原子量子计算技术，这种技术可以利用单个原子作为量子比特，然而，随着计算的进行，原子不可避免地会丢失，导致信息损失。为了克服这一问题，研究小组提出了一种创新的原子“传送带”方法。

原子“传送带”的运作机制

在这项研究中，科学家们创建了一个由3,000多个铷原子组成的二维阵列，每个原子之间的距离为9微米。为了确保这些原子能够在计算过程中保持稳定，研究团队设计了一种名为“光镊”的激光束，以不断替换和补充悬浮在阵列中的单个原子。

具体来说，研究者们首先在高真空容器中创建一个铷原子阵列，然后通过光镊从储存气体中提取额外的铷原子，形成第二个阵列。接着，将这个新阵列移动，使其与第一个阵列中的原子精确对齐。通过这种方法，研究团队能够在执行量子计算时，更换丢失的原子，确保量子信息不受影响，从而增强计算的可靠性和持续性。

合著者Neng-Chun Chiu表示，这种方法不仅提高了原子阵列的稳定性，而且允许量子信息在多个原子上分布，形成所谓的“逻辑量子比特”。这种设计增强了信息的保存能力，即使部分原子丢失，整体计算仍能有效进行。

纠错机制的重要性

在量子计算过程中，错误是不可避免的。通过在丢弃旧数组之前读取其量子状态，研究者们能够纠正之前计算步骤中出现的错误，为新阵列的量子比特调整提供依据。Chiu强调，准确的纠错机制是构建能够执行实际任务的高效大型量子计算机的重要步骤。

Lukin团队还在另一项相关研究中展示了利用相同类型的原子阵列进行的计算错误纠正。这种鲁棒性水平与当前领先技术，如谷歌等公司的量子计算机表现相当，表明中性原子的技术方案在量子计算领域具有较强的竞争力。

量子计算的未来

Lukin在接受采访时表示，随着这项新技术的发展，中性原子量子计算机的潜力可能正在超越先前的计算方法。“我认为追赶时间已经结束，其他对手现在必须迎头赶上，”他自信地说。

这种研究成果不仅可能改变量子计算的格局，还有助于推动相关技术的投资与发展。在量子计算日益成为未来计算实力的背景下，研究者们的努力将为实现计算机科学的新高度奠定基础。

总结来看，原子“传送带”技术的成功标志着量子计算的重大发展，使科学家们更接近于构建能够进行复杂计算的强大量子计算机。随着更多的研究和试验得以开展，我们或许会见证量子计算在未来技术中扮演越来越重要的角色。

完整的研究结果已在《自然》杂志上发表，期待更多的科学探讨与技术应用。

来源：人工智能学家