自然辐射 - 包括来自外太空的宇宙射线 - 可以用量子计算机造成严重破坏

研究表明，需要屏蔽来自自然辐射的Qubits，如外太空的宇宙射线。

多学科研究团队表明，环境中自然来源的辐射可以限制超导量子位的性能，称为QUBITS。该发现，今天报道的本质上对量子计算机的建设和运营有影响，一种先进的计算形式，在全球公共和私人投资中吸引了数十亿美元。

美国能源部队伍中团队之间的合作，国家实验室（PNNL）和马萨诸塞州理工学院（麻省理工学院），有助于解释一个神秘的干扰源极限态度。

“我们的研究是第一个清楚地表明，环境中的低级电离辐射会降低超导Qubits的表现，”一项研究高级作者的PNNL研究物理学家John Orrell说，以及低水平辐射专家测量。“这些发现表明，辐射屏蔽是在这种设计的量子计算机中达到长寻求的性能。”

自然辐射用电脑造成严重破坏

计算机工程师至少已知至少十年来，从像混凝土和脉冲的材料发出的自然辐射，通过我们的宇宙射线形式的气氛可以导致数字计算机出现故障。但数字计算机几乎与量子计算机一样敏感。

“我们发现，除非我们解决辐射问题，否则将无法使用这些设备的实用量子计算，”该研究中的共同调查员PNNL物理学家布伦特Vandevender说。

自然辐射可能干扰超导暗物质检测器（这里看到）和超导Qubits。

研究人员合作解决了一个难题，这一直是烦恼的努力，以保持超导量子计算机长时间工作，以使它们可靠和实用。一个工作量子计算机将比甚至是今天的最快超级计算机速度快。它可以解决当今的数字电脑的计算挑战，即当今的数字电脑是不适当的。但直接挑战是让贵族保持其州，一个名为“一致性”的壮举说，奥雷尔说。这种理想的量子状态是给量子计算机的功率。

麻省理工学院物理学家将使奥利弗正在使用超导Qubits，并且在干扰的源中变得困惑，帮助将Qubits推出其准备的状态，导致“破坏”，使它们不起作用。在裁定了许多不同的可能性之后，他考虑了从土壤中发现的金属等来源的自然辐射可能会将距离变成粘连。

Oliver，Vandevender和他的长时间合作者的机会对话，MIT物理学乔Formagio导致了当前的项目。

这只是自然的

为了测试TheIDEA，研究团队测量了两种不同实验中原型超导Qubits的性能：

它们暴露于在反应器中激活的铜金属升高的Qubits升高。它们在额外的贵族围绕Qubits构建了盾牌，以降低其环境中的自然辐射量。

该对实验清楚地证明了辐射水平与时间长度之间的逆关系Qubits保持在相干状态。

X射线，β射线，宇宙射线和伽马射线形式的自然辐射可以穿透超导量子位，并干扰量子相干性。

“辐射断裂分开的匹配成对的电子，通常在超导体中携带电流没有阻力的电流，”Vandevender表示。“那些未配对的电子的阻力破坏了Qubit的精细准备的状态。”

研究人员得出结论，调查结果对QUBBit设计和建筑的立即影响。例如，用于构建量子计算机的材料应排除在研究人员表示的排除发出辐射的材料。此外，可能需要屏蔽大气中的辐射实验量子计算机。在PNNL，兴趣已经转向浅地下实验室是否降低了99％的表面辐射暴露，可以为未来量子计算机开发提供服务。实际上，欧洲研究团队最近的一项研究在地下进行了实验时，欧洲研究团队的提高证实了Qubit相干性的改善。

位于太平洋西北地区实验室的浅地下实验室的超低辐射检测设施工作。

“没有减轻，辐射将限制超导距离的相干时间，几毫秒，这对于实际量子计算不足，”Vandevender表示。

研究人员强调，除了辐射曝光之外的因素是衡量稳定性的更大障碍。用于构建额度的材料中的微观缺陷或杂质的东西被认为主要负责当前的性能限制约为十分之一毫秒。研究人员表示，一旦克服了这些限制，辐射开始被称为一个限制，最终将成为一个没有足够的自然辐射屏蔽策略的问题。

研究结果影响暗物质

除了帮助解释Qubit不稳定的源泉之外，研究结果还可能对全球搜索对暗物质的影响，这被认为仅在已知宇宙的85％以下，但这迄今为止已经逃脱了现有的人类检测仪器。信号的一种方法涉及使用取决于与Qubits类似设计的超导检测器的研究。暗物质探测器还需要从外部辐射源屏蔽，因为辐射可以触发模糊所需的暗物质信号的错误记录。

“改善我们对这一过程的理解可能导致这些超导传感器的改进设计，并导致更敏感的暗物质搜索，”Ben Loer，一名在暗物质检测和辐射效应上工作的PNNL研究物理学家对超导Qubits的辐射影响。“我们还可以使用我们的经验与这些粒子物理传感器来改善未来超导量子位设计。”

有关这项研究，由于宇宙射线的干扰，读取量子计算性能可能很快击中墙壁。

参考：“电离辐射对超导Qubbit Cherence的影响”，AnttiP.Vepsäläinen，Amir H.Karamlou，John L. Orrell，Akshunna S. Dogra，Ben Loer，Francisca Vascomcelos，David K.Kim，亚历山大J.Melville，Bethany M. Niedzielski，Jonilyn L. Yoder，Simon Gustavsson，Joseph A. Formaggio，布伦特A. Vandevender和William D. Oliver，2020年8月26日，Nature.Doi：
10.1038 / s41586-020-2619-8

该研究得到了美国能源部的支持，美国陆军研究办公室，ARO多大学研究倡议，国家科学基金会和麻省理工学院林肯实验室。