Но также для производительности вычислений важна целостность кубита, то есть продолжительность его работы. Дестабилизация кубита называется декогеренцией - именно она в конечном итоге ограничивает время работы квантового компьютера.
Сверхпроводящие кубиты, сделанные, в свою очередь, из сверхпроводящих материалов, имеют самую высокую целостность: около 200 микросекунд, хотя в 1998 году она составляла примерно 1 наносекундуИсследователи из Массачусетского технологического института с коллегами обнаружили, что существует прямая угроза производительности кубитов - это низкоуровневое фоновое излучение. Оно практически безвредно для людей и исходит от космических лучей и даже бетонных перекрытий в зданиях, и именно оно вызывает дестабилизацию в кубитах. Если его влияние не снизить, то производительность кубитов упадет до нескольких миллисекунд, что критически важно для скорости квантовых вычислений.
Уже известно, что к дестабилизации кубита ведут флуктуирующие магнитные и электрические поля, тепловая энергия. Но также у ученых давно были подозрения, что низкоуровневое излучение имеет схожий эффект. А с учетом скорости, с которой сейчас совершенствуются кубиты, проблема падения скорости ждет ученых уже совсем скоро, буквально через несколько лет. Поэтому нужно искать способы оградить кубиты и квантовые компьютеры от низкоуровневого излучения. И у авторов работы, опубликованной в Nature, есть два предложения, как это сделать.
В рамках нового исследования ученые провели эксперимент по отслеживанию воздействия известного излучения известных уровней излучения на производительность сверхпроводящего кубита. Они облучили два небольших диска из чистой меди, а затем один из них поместили вместе со сверхпроводящими кубитами в холодильник с температурой примерно в 200 раз ниже космической. Второй диск оставили при комнатной температуре, и в обоих случаях исследователи следили, как радиоактивность меди влияет на когерентность кубитов, при этом радиоактивность снижалась до фонового уровня.
Работа над экспериментом с кубитом. Изображение: Andrea Starr, PNNLВ результате опыта была отмечена четкая связь между уровнями излучения и производительностью кубита. Следующим шагом была демонстрация того, что кубиты можно защитить от излучения. Ученые делали это при помощи стены из свинцовых кирпичей - ее поднимали и опускали на протяжении нескольких недель. Специальный детектор в это время определял целостность кубитов с экраном и без него. Сравнивая два результата, исследователи подтвердили, что экранирование улучшает производительность кубита. Авторы работы при этом допускают, что не обязательно размещать квантовые компьютеры глубоко под землей - возможно, достаточно будет подвальных помещений.
Также у авторов исследования есть идеи, как создавать квантовые вычислительные устройства, которые по-прежнему будут эффективны в условиях фонового излучения. Они предлагают разработать менее чувствительные к квазичастицам кубиты или спроектировать ловушки для квазичастиц.