Vi har lige fundet en anden hindring for kvantecomputere at overvinde – og den er overalt

Beholde qubits stabil – disse kvanteækvivalenter af klassiske computerbits – vil være nøglen til at realisere potentialet ikvanteberegning. Nu har forskere fundet en ny hindring for denne stabilitet: naturlig stråling .

Naturlig eller baggrundsstråling kommer fra alle mulige kilder, både naturlige og kunstige. Kosmiske stråler bidrage til f.eks. naturlig stråling, og det samme gør betonbygninger. Det er omkring os hele tiden, og så dette udgør noget af et problem for fremtiden kvantecomputere .

Gennem en række eksperimenter, der ændrede niveauet af naturlig stråling omkring qubits, har fysikere været i stand til at fastslå, at denne baggrundsbrum faktisk rykker qubits ud af balance på en måde, der forhindrer dem i at fungere korrekt.

'Vores undersøgelse er den første, der klart viser, at ioniserende stråling på lavt niveau i miljøet forringer ydeevnen af ​​superledende qubits,' siger fysiker John Orrell , fra Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).

'Disse resultater tyder på, at strålingsafskærmning vil være nødvendig for at opnå længe søgt ydeevne i kvantecomputere af dette design.'

Naturlig stråling er på ingen måde den væsentligste eller eneste trussel mod qubit-stabilitet, som teknisk er kendt som kohærens – alt fra temperaturudsving til elektromagnetiske felter kanbryde qubit 'besværgelsen'.

Men forskerne siger, at hvis vi skal nå en fremtid, hvor kvantecomputere tager sig af vores mest avancerede computerbehov, så skal denne interferens fra naturlig stråling håndteres.

Det var efter at have oplevet problemer med superledende qubit-dekohærens, at holdet bag det nye studie besluttede at undersøge det mulige problem med naturlig stråling. De fandt ud af, at den bryder en nøglekvantebinding kaldet a Cooper par af elektroner.

'Strålingen bryder sammen matchede elektronpar, der typisk fører elektrisk strøm uden modstand i en superleder ,' siger fysiker Brent VanDevender , fra PNNL. 'Modstanden af ​​disse uparrede elektroner ødelægger den delikat forberedte tilstand af en qubit.'

Klassiske computere kan blive forstyrret af de samme problemer, som påvirker qubits, men kvantetilstande er meget mere delikate og følsomme. En af grundene til, at vi ikke har ægte fuldskala kvantecomputere i dag, er, at ingen kan holde qubits stabile i mere endet par millisekunder ad gangen.

Hvis vi kan forbedre det, kan fordelene med hensyn til computerkraft være enorme: hvorimod klassiske computerbits kun kan indstilles som 1 eller 0, kan qubits indstilles som 1, 0 – eller begge dele på samme tid (kendt som superposition ).

Forskere har været i stand til at få det til at ske, men kun i meget kort tid og i et meget stramt kontrolleret miljø. Den gode nyhed er, at forskere som dem hos PNNL er engagerede i udfordringen med at finde ud af, hvordan man gør kvantecomputere til virkelighed – og nu ved vi lidt mere om, hvad vi er oppe imod.

'Praktisk kvanteberegning med disse enheder vil det ikke være muligt, medmindre vi løser strålingsproblemet,' siger VanDevender . 'Uden afbødning vil stråling begrænse kohærenstiden for superledende qubits til nogle få millisekunder, hvilket er utilstrækkeligt til praktisk kvanteberegning.'

Forskningen er publiceret i Natur .