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.

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.

Источник: 3dnews.ru