ГлавнаяНовостиНаука

Ученые придумали, как защитить квантовые компьютеры от негатива космических лучей

Наука
26.08.2021
180
0.0
Ученые придумали, как защитить квантовые компьютеры от негатива космических лучей
Космическое излучение вызывает микровзрывы, разрушающие хрупкие кубиты и вызывающие ошибки во всей квантовой системе.

В США физики выявили закономерности в ошибках квантовых компьютеров и нашли причину сбоев, которая мешает построить стабильную систему.

Будь всегда в курсе событий вместе с телеграм-каналом Быстрый Фокус.

Исследование на эту тему было опубликовано в научном журнале Nature, передает сайт Ливерморской национальной лаборатории имени Э. Лоуренса.

Американские исследователи решили разобраться, что вызывает ошибки при квантовых вычислениях и как на них реагируют квантовые схемы. Понимание этих явлений позволит собрать компьютер нового типа, работающий без сбоев. Во время эксперимента группа из Университета Висконсин-Мэдисон наблюдала за прототипом устройства и заметила, что колебания электрических зарядов нескольких кубитов сильно зависят друг от друга.

Как оказалось, когда в окружающей среде происходят изменения, такие как всплеск энергии, они могут одновременно затронуть каждый кубит в непосредственной близости от источника, что вызывает взаимосвязанные ошибки по всей системе. Кроме того, причиной изменения состояния квантовых битов, провоцирующих сбои, могут быть так называемые космические лучи — элементарные частицы и ядра атомов, которые заполняют космическое пространство и постоянно сталкиваются с Землей.

Квантовые частицы, как известно, сильно подвержены влиянию окружающей среды, и любые контакты с ней могут вызвать разрушение их суперпозиции. Как объяснил соавтор статьи Джонатан Дюбуа, большинство современных методов исправления ошибок в квантовых компьютерах предполагают, что сбои в кубитах возникают случайным образом. Коррелированные (взаимосвязанные) ошибки очень сложно исправить, но можно устранить их первопричину.

Заряженные импульсы от космического излучения, поглощаемого квантовым компьютером, могут вызвать взрыв высокоэнергетических электронов, который рассеивает атомы и меняет электрическое поле. В итоге подложка устройства вибрирует и нагревается настолько, что разрушает кубиты и их квантовые состояния. Однако если защитить компьютер от такого воздействия, вероятность ошибки резко уменьшится.


Чтобы увидеть сбои, исследователи отправили радиочастотные сигналы в систему с четырьмя кубитами, измерили их спектр возбуждения, провели спектроскопию и смогли увидеть, как кубиты "переворачиваются" из одного квантового состояния в другое в ответ на изменения в зарядовой среде. Физики изучили "срок жизни" кубитов — время, в течение которого частицы могут оставаться в суперпозиции — изменения в состоянии заряда коррелировали с сокращением времени жизни всех кубитов в системе. Они пришли к выводу, что для исправления ошибок нужен новый подход, который позволит смягчить воздействие космических лучей и других частиц в системе.

"Если наша модель столкновения частиц верна, то можно ожидать, что большая часть энергии преобразуется в вибрации в чипе, которые распространяются на большие расстояния. По мере распространения энергии возмущение приведет к переворотам кубитов, которые коррелируют по всему чипу", — добавил аспирант UW-Madison Крис Вилен, ведущий автор статьи.


Ученые и раньше подозревали о пагубном влиянии космических лучей на кубиты, но впервые доказали это экспериментально. Они рассчитывают, что их открытие повлияет на структуру будущих квантовых компьютеров. Возможно, разработчики будут защищать системы свинцовыми экранами или радиаторами для поглощения энергии, изолировать кубиты при помощи новых материалов или вовсе размещать устройства под землей.

"По сути, эта статья показывает, что если космический луч высокой энергии попадает в устройство в каком-то месте, он может повлиять на все в устройстве сразу. Если вы не сможете предотвратить это, вы не сможете эффективно выполнять исправление ошибок, и вы никогда не сможете построить работающую систему без этого", — отметил Дюбуа.


Автор сообщил, что вместе с командой пытается понять динамику "микроскопического взрыва", который происходит внутри квантовых устройств при взаимодействии с высокоэнергетическими частицами. Они уже разрабатывают способы поглощения энергии до того, как она сможет разрушить квантовые состояния.

"Потенциально есть способы спроектировать систему так, чтобы она была как можно более нечувствительной к событиям такого рода, и для этого вам нужно действительно хорошо понимать, как она нагревается, как остывает и что именно происходит на протяжении всего процесса при воздействии радиационного фона".

Источник
Аватар enr091 Наталия Ришко / enr091
Журналист/Gazetainform


Комментарии (0)

avatar