Технології

Космічні промені виявилися перешкодою для подальшого нарощування потужності квантових комп’ютерів

Вчені з MIT довели, що природний радіаційний фон планети може порушити робочий стан елементарної комірки квантового комп’ютера, в якому вона виробляє обчислення.

Image by Pete Linforth from Pixabay

Ефективність квантових обчислень залежить від того, як довго елементарний осередок для зберігання інформації — квантовий кубіт — може протриматися в особливому стані квантової суперпозиції. Кубіт здатний перебувати в двох протилежних станах по черзі, а може, згідно з незвичним для нас принципів квантової механіки, бути одночасно в обох, що і називається когерентністю кубіта або квантовою суперпозицією — по аналогії з когерентністю електромагнітних хвиль в класичній фізиці. Перебування відразу в двох станах дозволяє виробляти паралельні обчислення і нарощувати продуктивність комп’ютера.

Якщо стан квантової суперпозиції порушується, іншими словами, відбувається декогеренція: кубіт «випадає» з процесу обчислень. До декогеренції призводить вплив теплових, електричних і магнітних полів, а також різного роду частинок. Руйнування квантової суперпозиції схоже на дитячі крики влітку у дворі в момент, коли людина намагається зловити крихку рівновагу з внутрішнім «Я», медитуючи на килимку. Простіше кажучи, декогеренція — це хаос невизначеності, обривків інформації, які вриваються в квантову систему ззовні і неконтрольованим чином змінюють її стан. У навколишнє середовище при цьому потрапляє частина інформації про квантовий об’єкт, як якби той, хто медитує не стримався і накричав на галасливу дітвору в вікно.

Максимальний час перебування кубіта в стані суперпозиції збільшилася в 200 тисяч разів з 1999 року. Тепер цей час становить 200 мільйонних часток секунди, що для квантового світу — досить довго. Чи можна і далі збільшувати тривалість стану суперпозиції, або в природі існують обмеження? Вчені з Массачусетського технологічного інституту і та Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії виявили, що продуктивність кубіта незабаром перестане рости. Причина тому — природний радіаційний фон планети, нешкідливий для людей, але, як виявилося, згубний для квантових систем майбутнього.

У дослідженні, опублікованому журналі Nature, команда вчених вимірювала вплив випромінювання на когерентність кубітів. Експериментатори взяли радіоактивний ізотоп міді і розташували поряд з кубітами. Рівень радіації поступово знижували до рівня природного фону — променів з космосу і частинок, що вилітають з бетонних стін. З отриманої залежності був розрахований максимальний час когерентності кубіта: 4 мілісекунди, що всього в 20 разів більше досягнутого зараз значення.

З огляду на швидкість, з якою вчені вдосконалюють кубіти, ця проблема може спливти через лічені роки. Тому доведеться знайти способи захистити кубіти від природного фону. Один з варіантів — будівництво квантових комп’ютерів під землею.

Натхнення: www.popmech.ru

Кнопка «Наверх»