Космические лучи и их аналоги мешают работе квантовых компьютеров

Группа физиков доказала, что космические лучи и другие источники ионизирующего излучения мешают работе сверхпроводящих кубитов. Речь идет о ячейках памяти квантовых компьютеров. Это может наложить почти непреодолимые ограничения на их дальнейшее развитие, пишут ученые в статье, которую опубликовал научный журнал Nature.

Мы выяснили, что квантовые компьютеры на базе сверхпроводников будут бесполезными, если мы не защитим их от действия радиации. Дело в том, что ионизирующее излучение разбивает пары электронов, которые отвечают за перенос тока в сверхпроводниках. Из-за их распадов разрушается квантовое состояние кубита. Брент Вандевендер, физик из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США (PNNL)

Из строя выходят частицы квантового компьютера, которые называются кубиты. Это ячейки памяти и примитивные вычислительные модули, которые, в отличие от традиционного бита, могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Однако в ближайшее время научное сообщество может столкнуться с одной серьезной проблемой, которая помешает дальнейшему развитию тех форм квантовых компьютеров.

Речь идет о так называемого "отравления квазичастицами". Так физики называют явление неизвестной природы, из-за которого количество спаренных электронов внутри сверхпроводника со временем постепенно падает. Из-за этого разрушаются квантовые состояния и кубит выходит из строя.

Группа физиков предположила, что источником этих квазичастиц могут быть космические лучи и другие источники ионизирующего излучения. Для того, чтобы проверить это на практике, они создали искусственный аналог космических лучей - источник радиации высокой мощности, мощность которого быстро убывала.

Выяснилось, что среднее время работы кубита по мере снижения уровня радиации вырастало примерно в шесть раз. В следующем эксперименте ученые создали вокруг холодильника, где хранились кубиты, стену из свинцовых "кирпичей", и проследили за тем, как изменилась продолжительность их жизни после появления подобного щита от радиации. Выводы ученых подтвердились: без подобной защиты сверхпроводящий кубит в лучшем случае работал примерно 4 миллисекунды, после чего его квантовое состояние гарантированно разрушалось из-закосмических лучей или фоновой радиации.

Теперь ученым предстоит выяснить, где размещать квантовые компьютеры, чтобы воздействие на них подобных излучений было минимальным.