量子计算 （QC） 面临的扩展挑战是艰巨而多样的。人们普遍认为，需要 100 万个（或更多）量子比特才能提供实际的容错 QC。这也是一个多样化的挑战，因为今天有许多量子比特类型（超导、俘获离子、中性原子、光子学、拓扑、量子点等），每种类型都面临着非常不同的放大方法;例如，在固态系统中，部分挑战通常涉及固定量子比特的有效互连，而基于中性原子和捕获离子的系统可能需要实际移动量子比特。
最近，中性原子专家 Atom Computing 报告了正在开发的技术，该技术现在允许它用量子比特（中性原子）完全加载 1225 个位点的阵列。Atom在1月下旬发布了一篇关于这项工作的论文，解释了一些技术细节。去年秋天，Atom 首次报告创建了一个拥有 1225 个站点的阵列，其中有 1180 个站点被占用，声称是第一个突破 1000 个“量子比特”门槛的阵列。
这篇新论文详细介绍了Atom扩展其阵列的方法，该公司表示，这是其有效扩展和纠错道路上的重要一步。
“在这个协议中，镊子提供原子的微观重排，而腔增强晶格能够产生大量的深光学势，从而实现原子的快速低损耗成像。我们应用此协议来演示 1225 个站点阵列的确定性填充（每个站点占用率为 99%）。由于储层反复充满新鲜原子，因此阵列可以无限期地保持填充状态。我们预计该协议将与中路重新加载兼容，这将是运行大规模纠错量子计算的关键能力，其持续时间超过系统中单个原子的寿命，“研究人员写道。
目前，量子处理器上的量子比特计数范围从个位数到数百不等。去年 12 月，IBM 推出了一个 1121 量子比特的 Condor QPU（尚未推出）和一个较小的 133 量子比特的 Heron QPU，该 QPU 经过优化，可与多个 QPU 组合成更大的量子系统。QuEra是另一家基于中性原子的QC开发商，它有一个256量子比特（Aquila）设备，并在1月份展示了QuEra表示将在2026年实现10,000个物理量子比特和100个逻辑量子比特的路线图。
扩大物理量子比特计数和逻辑量子比特计数（由许多物理量子比特组成以实现纠错）的竞赛正在进行中。
以下是该论文的简要说明：
“通常，镊子重排是通过随机将单个原子加载到阵列中的每个陷阱中，对原子进行成像以确定陷阱占用率，然后重新排列阵列内的原子以创建确定性占用的子阵列来执行的。至关重要的是，使用这种方法的最终数组中包含的原子数不大于最初加载的数量。此外，由于初始加载是随机的，因此阵列中的位点数量通常必须比预期的最终子阵列大得多（尽管在某些条件下，可以实现近乎确定的加载）。
“最近，从光学偶极子陷阱”储层“中重复加载”缓冲“阵列表明，人们可以将六位点目标阵列的填充与冷储层的单次加载解耦。在这项工作中，我们将这一概念扩展到储层阵列的重复加载，从中我们创建了一个确定性填充的目标阵列（通常为 99%），该阵列在 1225 个位点中超过 1200 个 171Yb 原子。这是通过将光镊阵列与腔体增强光学晶格相结合来实现的，以提供微观控制和对大量原子进行快速、高保真、低损耗成像所需的大量深阱。
Atom Computing 论文（腔体增强光晶格中 171Yb 原子阵列的迭代组装），https://arxiv.org/abs/2401.16177
上图：Atom Computing的基于中性原子的量子系统。来源：Atom Computing