Космическите лъчи могат да смущават квантовите компютри

Разработката на квантови компютри се натъква на най-различни предизвикателства
(снимка: CC0 Public Domain)

Квантовите компютри се развиват с вълнуващо темпо, но се оказва, че по пътя към успеха има предизвикателство: космическите лъчи, идващи надолу към Земята, могат да попречат на целостта на информацията в квантовите компютри, тоест да смутят работата им. Сега екип на Масачузетския технологичен институт (MIT) показа колко уязвими могат да са бъдещите изчислителни машини.

В традиционните компютри информацията се представя в „битове” – нули и единици. Но благодарение на правилата на квантовата физика, при квантовите компютри битовете (наречени кюбити) могат да съществуват в суперпозиция – т.е. едновременно и в двете състояния. Това означава, че те могат да извършват много операции паралелно. Именно това ги прави значително по-мощни от съществуващите компютърни системи.

Кюбитите имат доста кратни времена на кохерентност – което се отнася до това колко дълго могат да останат в описаното състояние на суперпозиция. Така е, защото те са чувствителни към външни смущения като топлина, магнитни и електрически полета или дори ниско ниво на радиация, каквато реално ни заобикаля през цялото време.

Някои от най-силните смущения идват от космоса. Космическите лъчения и каскадата от вторични частици, които те създават, непрекъснато „валят” върху нас. И въпреки че ние лично може да не ги забележим, те могат да предизвикат хаос в електрониката.

В ново проучване, публикувано в сп. Nature, изследователи от MIT, Лабораторията на Линкълн и Националната лаборатория на Тихоокеанския северозападен регион (PNNL) са определили количествено колко голям проблем могат да се окажат космическите лъчи за квантовите компютри.

В експериментите си изследователите са поставили дискове от облъчена мед до свръхпроводящи кюбити, за да измерят ефектите от радиацията. Експериментите са проведени в специален хладилник, конструиран така, че да свежда до минимум други смущения чрез охлаждане на околната среда до около 200 пъти по-студено от космическия вакуум. Втори облъчен меден диск е изследван извън хладилника, за да се измери на колко радиация е изложена квантовата система.

Изводите на учените са, че кохерентността на кюбитите би била ограничена до около четири милисекунди. По-нататъшните експерименти са потвърдили тази цифра чрез поставяне или премахване на радиационен щит между медните дискове и кюбитите. Щитът помага, установили са изследователите, но това не е най-практичното решение – той представлява двутонна стена от оловни тухли.

Експериментът показва, че за да извлечем максимума от квантовите компютри, ще трябва да ги изградим с подходящо екраниране. Това може да означава да ги изградим дълбоко под земята – подобно на експериментите за лов на неутрино, които също се нуждаят от защита от космически лъчи. Но това може да не е единственото решение, казва екипът.

„Ако искаме да изградим индустрия на база тези технологии, вероятно бихме предпочели да смекчим ефектите на радиацията над земята”, казва Уилям Оливър, автор на изследването. „Можем да мислим за проектирането на кюбитите по начин, който ги прави„ по-яки” и по-малко чувствителни към квазичастиците – или да проектираме капани за квазичастици, така че дори и да са постоянно генерирани от радиация, да могат да се „оттичат”.