科学探索|混合原子阵列方案有助量子计算机实现类似RAM和CPU的存储计算混合原子阵列方案有助量子计

芝加哥大学的研究人员，刚刚介绍了一项有助于扩大量子计算机规模的关键技术，并用它搭建了一台具有破纪录的 512 量子比特的原型。据悉，量子计算机可利用叠加和纠缠等现象来执行计算和信息的存储，且有望在算力上超越传统计算机几个数量级。但要实现大规模应用，还得努力克服量子的不稳定性。

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研究配图 - 1：捕获中性原子的二维双元素阵列（来自：Physical Review X）
当前最被看好的一种结构方法，就是让原子阵列来充当量子比特（每个原子都由激光束固定在适当的位置）。通常情况下，这些阵列中的原子都是相同的元素，是的它们能够纠缠在一起形成一个大群。

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研究配图 - 2：双元素 512 位原子阵列
问题在于，这使得在不干扰其邻居的情况下操纵任何单个原子变得相当困难，意味着测量数据可能会破坏整个系统（牵一发而动全身）。

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研究配图 - 3：Rb 和 Cs 阵列的同质性与加载加载统计信息
好消息是，在近日发表于《物理评论 X》刊上的新研究中，芝加哥大学团队就尝试了将两个元素的原子合成一个数组，以便在操纵一种原子的时候不干扰到另一个。

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研究配图 - 4：连续模式原子阵列
由于每个元素都可独立控制，这项技术还具有一系列优势 —— 比如将其中一种原子当做内存，而另一种又可执行计算任务（类似于 RAM 和 CPU），以及减少量子计算机重置时的停机时间。

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研究配图 - 5：具有双元素阵列的任意几何形状
首席研究员 Hannes Bernien 指出：若用单个原子开展相关实验，某些时候会丢失它，导致系统必须经过一番初始化重置。首先制造一个新的冷电子云，然后等待单个原子再次被激光捕获。

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研究配图 - 6：实验序列
不过得益于这种混合设计，我们可以分别对其进行实验。在操作其中一种元素原子的同时，还可刷新另一种原子 —— 如此交替，便拥有了始终可用的量子比特。

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研究配图 - 7：示例原子荧光直方图
目前研究团队已经组装出了基于 256 个铯原子 + 256 个铷原子的阵列，使之成为了迄今为止最大的量子比特阵列，远超 IBM Eagle 处理器的 127 量子比特。

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研究配图 - 8：光镊中的原子寿命
【科学探索|混合原子阵列方案有助量子计算机实现类似RAM和CPU的存储计算】不同的是，IBM Eagle 量子处理器已投入商用，而芝加哥大学的原子混合阵列量子比特方案仍处于原型阶段。即便如此，研究团队还是宣称新技术有助于构建更大规模、更加稳定的量子计算机。