Космические частицы и фоновая радиация неожиданно сильно влияют на квантовые вычисления
Согласно новым исследованиям, частицы из космоса и фоновая радиация оказывают намного более сильное влияние на квантовые вычисления, чем это считалось ранее. Дело может дойти до того, что квантовые системы начнут прятать в свинцовые саркофаги глубоко под землю.
Международная группа исследователей под руководством Роберта Макдермотта (Robert McDermott) из Висконсинского университета в Мадисоне провела серию экспериментов с двумя парами сверхпроводящих кубитов на кремниевой подложке. Одна пара кубитов была разнесена на 340 мкм, а вторая — на 640 мкм.
Эксперимент показал, 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. Иначе говоря, ошибки в одной паре кубитов одновременно проявляли себя в соседней паре кубитов и это не просто плохо, а очень плохо.
Для коррекции ошибок в кантовых вычислениях используются два основных способа — простой, методом увеличения числа физических кубитов и более сложный — с помощью поверхностных кодов из связанных кубитов. В первом случае для полного сохранения значения логического кубита может потребоваться до 1000 физических кубитов на каждый логический кубит, а во втором случае строится двумерная матрица из физических и логических кубитов, что требует намного меньше ресурсов для исправления ошибок.
Одна из особенностей перспективного метода поверхностных кодов проявляется в том, что коррелированных ошибок в системе нет. Во всяком случае, так считалось до нового эксперимента. Физики из США показали, что это не так и частицы из космоса и фонового излучения способны одновременно влиять на состояния соседних кубитов, хотя чем дальше эти кубиты разнесены, тем меньше вероятность таких ошибок.
Click here to preview your posts with PRO themes ››
Одна из причин коррелированных ошибок кроется в том, что космические частицы при взаимодействии с кубитом выбивают фотоны, которые, в свою очередь, вызывают в материале квантового процессора появление квазичастиц. Эти квазичастицы распространяются в материале достаточно далеко, чтобы влиять на соседние кубиты. Как следствие, считают физики, конструкцию квантовых процессоров придётся серьёзно доработать, как и вводить свинцовое экранирование и, что самое надёжное, прятать квантовые системы глубоко под землю, как это делают при изучении нейтрино или при поиске тёмной материи.
По материалам: 3dnews.ru
