Излучение с космоса может стать большой проблемой для квантовых компьютеров. Космические лучи могут нарушить их хрупкую внутреннюю работу и ограничить виды вычислений, которые они выполняют.
Квантовые компьютеры состоят из квантовых битов или кубитов, использующиеся для хранения квантовой информации и управления ею. При разработке кубитов одним из наиболее важных факторов является время когерентности, то есть время, в течение которого кубит может оставаться в определенном состоянии.
«Чем больше у вас времени, тем больше вычислений вы можете сделать, и тем сложнее и надежнее эти расчеты», - говорит Брент ВанДевендер из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) в штате Вашингтон, - «Даже нескольких миллисекунд на самом деле недостаточно для выполнения квантовых вычислений общего назначения».
Он и его коллеги использовали два кубита, чтобы проверить, насколько большое количество излучения в окружающей среде влияет на время когерентности кубита на основе сверхпроводников. Сверхпроводники используют пары электронов для переноса заряда, но предыдущие эксперименты показали, что эти пары разделяются гораздо чаще, чем ожидалось, и это снижает время когерентности.
Исследователи обнаружили, что фоновое излучение как от ядерных распадов, происходящих естественным образом во всех видах материалов, так и от проникающих космических лучей может объяснить все лишние сломанные пары электронов.
Такое излучение пока не является проблемой для квантовых компьютеров, потому что есть другие наиболее распространенные источники шума. Но по мере того, как квантовые компьютеры станут лучше в течение следующего десятилетия, данный фактор может стать ограничивающим. Часть излучения можно остановить, установив вокруг компьютера свинцовый или бетонный экран или поместив его под землю, как это делают физики в других экспериментах, чувствительных к космическим лучам.
Однако, если квантовые вычисления получат более широкое распространение, то идея поместить все компьютеры в подполье «становится нелепой и дополнительным аргументом в пользу других видов кубитов», - говорит ВанДевендер. Вместо этого он и его коллеги работают над созданием кубитов, которые смогут выдерживать несколько разорванных электронных пар без потери своей когерентности.
Это может дать неожиданные преимущества для других физических экспериментов, например, в которых есть детекторы в поисках излучения, вызванного частицами темной материи. Для них часто требуется высокая чувствительность к разорванным электронным парам.
«Если вы сможете сконструировать кубит, который менее чувствителен к таким разорванным парам, вы почти наверняка сможете разработать более чувствительный физический детектор», - говорит Бен Лоер из PNNL, который работал над исследованием.