Физики выяснили, как космические частицы и фоновая радиация влияют на квантовые вычисления
Согласно новому исследованию, частицы из космоса и фоновая радиация оказывают гораздо более сильное влияние на квантовые вычисления, чем ученые полагали раньше.
Космические лучи десятилетиями мешали классическим вычислениям. Когда энергичные частицы прилетают из космоса и ударяются о кремниевый компьютерный чип, один или несколько битов в нем могут изменить его состояние непредсказуемым образом. Такие ошибки приводят к разрушительным сбоям. Например, рейс 72 авиакомпании Qantas пострадал как раз из-за неверных данных на приборе самолета.
В новом исследовании международная группа ученых из Висконсинского университета в Мадисоне хотела понять, насколько сильно космические частицы и фоновая радиация влияют на квантовые вычисления. Для этого физики провели серию экспериментов с двумя парами сверхпроводящих кубитов на кремниевой подложке. Одна пара кубитов была разнесена на 340 мкм, а вторая - на 640 мкм.
В ходе исследования выяснилось, что в процессе квантовых операций, когда проводились какие-то манипуляции с кубитами, на соседних парах регистрировались многочисленные одновременные скачки заряда. Моделирование процессов на компьютере с привлечением стандартного инструментария физики элементарных частиц подсказало, что скачки возникают в моменты взаимодействия кубитов (чипа) со смешенным фоновым и космическим излучением (с частицами этих излучений).
Экспериментальные и теоретические данные указывают на то, что в ходе квантовых операций под воздействием космических и фоновых частиц возникали так называемые коррелированные ошибки. Оказалось, что космические частицы и фоновая радиация неожиданно сильно влияют на квантовые вычисления.
В результате исследования ученые предложили два возможных решения. Первое - защитить квантовый процессор, покрыв свинцом и переместив в под землю. ТАкие технологии уже применяются в экспериментах по обнаружению темной материи и нейтрино, которые особенно чувствительны к излучению. Второе решение - снизить чувствительность кубитов, например, добавив в чип материалы, которые могут улавливать квазичастицы или уводить их от подложки кубита.
