211service.com
Kosmiskie stari varētu radīt problēmas nākotnes kvantu datoriem
Timotijs Holands, PNNL
Kvantu skaitļošana spēj risināt sarežģītas problēmas īpaši ātrā ātrumā. To padara iespējamu veids, kā tiek izmantoti kubiti — parasti subatomiskas daļiņas, piemēram, elektroni —, kas izmanto kvantu īpašības, lai attēlotu daudzas kombinācijas, kas pārsniedz 0 vai viens no parastajiem bitiem. Ja kubitu pāri ir sapinušies, tie var prognozējamā veidā mainīt viens otra stāvokli pat ļoti lielos attālumos, vēl vairāk palielinot apstrādes jaudu.
Tas viss maksā. Kubiti ir ļoti jutīgi pret pat mazākajiem traucējumiem, ātri sairst un pazūd procesā, ko sauc par dekoherenci. Un saskaņā ar jauni atklājumi publicēti Nature trešdien kosmiskais starojums ir viens no dekoherences cēloņiem, kas varētu izrādīties īpaši apgrūtinošs.
Jaunais pētījums ir balstīts uz kvantu skaitļošanas veidu, kas izmanto supravadošus materiālus, lai radītu kubitus, izmantojot uzlādētus elektronu pārus. Rezultāti liecina, ka dabiski sastopamais starojums, ko rada normāli apkārtējie materiāli, piemēram, betona konstrukcijas, ir pietiekams, lai ierobežotu šāda veida kubitu stāvokļa lietderīgo kalpošanas laiku tikai dažās milisekundēs, tādējādi samazinot kvantu datora praktisko pielietojumu. Kosmisko staru radītajam starojumam būtu vēl lielāka ietekme.
Tā ir problēma, jo tā galvenokārt ietekmē jebkuru šādu sistēmu, kas nav ieskauta ar svinu vai nav glabāta pazemē. Jebkura vieta, kas pakļauta kosmiskajiem stariem, būs slikta vieta, kur mēģināt palaist šāda veida procesus.
Jebkuram kvantu datoram, kura pamatā ir supravadītāja kubitu tehnoloģija, būs ļoti skaidri jārisina radiācijas ietekme, saka pētījuma līdzautors Brents VanDevenders no Klusā okeāna ziemeļrietumu nacionālās laboratorijas Ričlendā, Vašingtonā.
Radiācija bojā kubitus, nogulsnējot tajos enerģiju. Lai sadalītu elektronu pārus supravadītājā, ir nepieciešams ļoti maz enerģijas, un šie pāri sadalās brīvos elektronos, potenciāli izraisot enerģijas apmaiņu, kas var iznīcināt supravadītāja trauslo stāvokli. Tas liek kubitiem zaudēt savu kvantu stāvokli un atdalīties, izbeidzot jebkādu faktisko kvantu skaitļošanu.
Komanda, kuru vadīja MIT kvantu skaitļošanas pētnieks Antti Vepsäläinens, pakļāva supravadītājus kubitus apstarotajam vara iedarbībai un atklāja, ka kubiti, kas pakļauti tikai dabiskam starojuma līmenim, bija stabili aptuveni četras milisekundes. Tas faktiski ir ilgāks par to, ko mēs tagad redzam vidēji kvantu skaitļošanas eksperimentos (apmēram 0,1 milisekunde stabilitātes), taču pat dažas milisekundes joprojām ir pārāk īss praktiskiem kvantu skaitļošanas lietojumiem. Pētījumā uzsvērts, ka pat tad, ja mēs varam novērst citus dekoherences cēloņus, piemēram, fiziskās vibrācijas vai temperatūras izmaiņas, starojums joprojām apgrūtinās kvantu skaitļošanu.
Rezultāti nav pārāk pārsteidzoši, saka Shyam Shankar, kvantu skaitļošanas pētnieks Teksasas Universitātē Ostinā, kurš nebija iesaistīts šajā pētījumā. Es teiktu, ka daudzi cilvēki gaida, ka tas notiks. Bet mēs precīzi nezinājām, kādā līmenī šis starojums ietekmēs kubitus. Tas daļēji ir saistīts ar to, cik grūti ir faktiski veikt šos eksperimentus. Ir patīkami redzēt, ka citi faktiski veic eksperimentu un iegūst šīs parādības faktiskās vērtības, viņš saka.
Tagad ir laiks sākt to saprast un risināt, saka VanDevender. Kvantu skaitļošanas inženieri var izmantot kļūdu labošanas mehānismus, kas var palīdzēt mazināt šīs sekas, taču pašlaik tie ir pārāk lēni, lai panāktu radiācijas izraisīto kubitu dekoherenci.
Zemam kosmisko staru starojuma līmenim, kas caurstrāvo lielāko daļu planētas virsmas, labākie veidi, kā mazināt radiācijas traucējumus, varētu būt vienkāršākais: aizsargāt kubītu ierīces no starojuma (izmantojot tādus materiālus kā svins) vai būvēt tās pazemē. VanDevender uzskata, ka, iespējams, ir ideāls vidusceļš, kas prasīs pieticīgu vairogu un seklas pazemes vietas. Citiem vārdiem sakot, ja veidojat kvantu datoru, novietojiet to pagrabā. Nākotnes inženieri varētu arī apsvērt iespēju izstrādāt kubitus, kas kaut kādā veidā ir mazāk jutīgi pret starojumu.
Lai gan tās nav lieliskas ziņas kvantu skaitļošanai, šim pētījumam var būt arī gaišā puse. Izrādās, kubiti vai kaut kas līdzīgs tiem ir fantastiski starojuma detektori, saka VanDevender. Ir cerība uz uzlabotu jutību tumšās vielas meklējumos vai eksperimentos, kas varētu atklāt dažus ilgi meklētus trūkumus mūsu standarta daļiņu fizikas modelī.
Labojums 23.08.2020.: Šajā stāstā sākotnēji bija atsauces uz kosmosā balstītām kvantu skaitļošanas sistēmām, kas bija neprecīzas. Mēs esam noņēmuši šīs atsauces.