Впервые измерен шумовой заряд в нескольких кубитах — ключ к стабильным квантовым компьютерам

Квантовые компьютеры обещают революцию, но их главный враг — шум. Кубиты, хранящие информацию в квантовых состояниях, невероятно чувствительны к внешним воздействиям. Космические лучи, гамма-излучение, флуктуации заряда — все это вносит ошибки. Международная группа исследователей использовала подземный полигон NEXUS в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми, чтобы изолировать чип от космических лучей и измерить, что остается. Впервые объектом изучения стал чип с несколькими сверхпроводящими кубитами, а не одиночный образец.

Предыдущие эксперименты (в частности, в Университете Висконсина в 2019 году) показали, что космические лучи и гамма-излучение создают всплески заряда в кубитах. Новая работа добавила важный элемент: свинцовую защиту. Ученые поместили криостат с чипом в свинцовый экран и сравнили данные при открытой и закрытой защите. Шум действительно упал, но не так сильно, как ожидалось. Значит, есть дополнительные источники, которые не связаны с космическими лучами.

Возможно, рядом с кубитом находится какой-то материал, излучающий гамма-лучи, о которых мы не знаем. Исследователи намерены изучить компоненты чипа на предмет собственной радиоактивности.

— предполагает Грейс Братрад из Северо-Западного университета.

Результаты важны для двух областей сразу. Для квантовых вычислений — понимание источников шума позволяет проектировать отказоустойчивые системы. Если знать, откуда берутся ошибки, их можно компенсировать. Для квантового зондирования — кубиты настолько чувствительны, что могут работать как детекторы слабых сигналов. В том числе — возможно — от темной материи.

В следующей серии экспериментов исследователи планируют использовать специально разработанный датчик SQUAT (сверхпроводящий квазичастичный усиливающий трансмон) от SLAC. Это позволит сравнить разные методы детектирования и понять, как управлять чувствительностью кубитов.

Наличие такого контроля позволит создавать устройства, оптимизированные либо для минимальной реакции на среду (квантовые вычисления), либо для максимальной (квантовые датчики).

— поясняет Энектали Фигероа-Фелисиано из Северо-Западного университета.

Исследование опубликовано в Nature Communications. Это шаг к пониманию того, как укротить квантовый мир, не давая ему сойти с ума от малейшего чиха.