Потужність квантових обчислень безпосередньо залежить від цілісності кубіта — мінімальної одиниці інформації в квантовому комп’ютері. Якщо квантові комп’ютери масштабувати і розмістити на одному процесорі більше кубітів, то їх продуктивність багаторазово зросте. Тому вчені постійно зайняті вдосконаленням кубітів.
Але також для продуктивності обчислень важлива цілісність кубіту, тобто тривалість його роботи. Дестабілізація кубіту називається декогеренцією — саме вона в кінцевому підсумку обмежує час роботи квантового комп’ютера.
надпровідні кубіти, зроблені, в свою чергу, з надпровідних матеріалів, мають найвищу цілісність: близько 200 мікросекунд, хоча в 1998 році вона становила приблизно 1 наносекунду
Дослідники з массачусетського технологічного інституту з колегами виявили, що існує пряма загроза продуктивності кубітів — це низькорівневе фонове випромінювання. Воно практично нешкідливо для людей і виходить від космічних променів і навіть бетонних перекриттів в будівлях, і саме воно викликає дестабілізацію в кубітах. Якщо його вплив не знизити, то продуктивність кубітів впаде до декількох мілісекунд, що критично важливо для швидкості квантових обчислень.
Вже відомо, що до дестабілізації кубіту ведуть флуктууючі магнітні та електричні поля, теплова енергія. Але також у вчених давно були підозри, що низькорівневе випромінювання має схожий ефект. А з урахуванням швидкості, з якою зараз удосконалюються кубіти, проблема падіння швидкості чекає вчених вже зовсім скоро, буквально через кілька років. Тому потрібно шукати способи захистити кубіти і квантові комп’ютери від низькорівневого випромінювання. І автори роботи, опубліковані в nature, мають дві пропозиції щодо того, як це зробити.
В рамках нового дослідження вчені провели експеримент з відстеження впливу відомого випромінювання відомих рівнів випромінювання на продуктивність надпровідного кубіту. Вони опромінювали два невеликих диска з чистої міді, а потім один з них помістили разом з надпровідними кубітами в холодильник з температурою приблизно в 200 разів нижче космічної. Другий диск залишили при кімнатній температурі, і в обох випадках дослідники стежили, як радіоактивність міді впливає на когерентність кубітів, при цьому радіоактивність знижувалася до фонового рівня.
робота над експериментом з кубітом. Зображення: andrea starr, pnnl
В результаті досвіду була відзначена чіткий зв’язок між рівнями випромінювання і продуктивністю кубіту. Наступним кроком була демонстрація того, що кубіти можна захистити від випромінювання. Вчені робили це за допомогою стіни зі свинцевих цегли — її піднімали і опускали протягом декількох тижнів. Спеціальний детектор в цей час визначав цілісність кубітів з екраном і без нього. Порівнюючи два результати, дослідники підтвердили, що екранування покращує продуктивність кубіту. Автори роботи при цьому допускають, що не обов’язково розміщувати квантові комп’ютери глибоко під землею — можливо, достатньо буде підвальних приміщень.
Також у авторів дослідження є ідеї, як створювати квантові обчислювальні пристрої, які як і раніше будуть ефективні в умовах фонового випромінювання. Вони пропонують розробити менш чутливі до квазічастинок кубіти або спроектувати пастки для квазічастинок.
