Новости Зеленограда, инфопортал Зеленоград ИНФО
Среда, 30 Сентября, 2020 год
Главная » Наука » В Мире » Аналог космических лучей помешал работе сверхпроводящих квантовых компьютеров

Аналог космических лучей помешал работе сверхпроводящих квантовых компьютеров

Кубиты не защитила даже свинцовая стена

Аналог космических лучей помешал работе сверхпроводящих квантовых компьютеровОписание

ТАСС, 26 августа. Физики доказали, что космические лучи и другие источники ионизирующего излучения достаточно сильно мешают работе сверхпроводящих кубитов – ячеек памяти квантовых компьютеров. Это может наложить почти непреодолимые ограничения на их дальнейшее развитие, пишут ученые в статье, которую опубликовал научный журнал Nature.

"Мы выяснили, что квантовые компьютеры на базе сверхпроводников будут бесполезными, если мы не защитим их от действия радиации. Дело в том, что ионизирующее излучение разбивает пары электронов, которые отвечают за перенос тока в сверхпроводниках. Из-за их распадов разрушается квантовое состояние кубита", – объяснил один из авторов исследования, физик из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории США (PNNL) Брент Вандевендер.

Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, которые в своей работы используют принципы квантовой механики. Они состоят из так называемых кубитов – ячеек памяти и примитивных вычислительных модулей, которые, в отличие от традиционного бита, могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу.

Как правило, кубиты могут находиться в подобном состоянии ограниченное время. Дело в том, что случайные взаимодействия с объектами окружающего мира могут разрушить то квантовое состояние, в котором они находятся, и разорвать связи, которые объединяют их с соседними квантовыми ячейками памяти. Ученые уже много лет пытаются продлить время жизни кубитов, изолируя их от окружающей среды различными способами.

Благодаря этому ученые уже продлили время существования кубитов в десятки и сотни раз. Однако в ближайшие годы, как выяснили Вандевендер и его коллеги, ученые могут натолкнуться на почти непреодолимое препятствие, которое мешает дальнейшему развитию тех форм квантовых компьютеров, которые основаны на сверхпроводниках.

Американские ученые пришли к такому выводу, пытаясь найти источник так называемого "отравления квазичастицами". Так физики называют явление неизвестной природы, из-за которого количество спаренных электронов внутри сверхпроводника со временем постепенно падает. Из-за этого разрушаются квантовые состояния и кубит выходит из строя.

Космические помехи

Недавно профессор НИТУ "МИСиС" и Технологического института Карлсруэ (Германия) Алексей Устинов и другие известные специалисты в области квантовых вычислений предположили, что источником этих квазичастиц могут быть космические лучи и другие источники ионизирующего излучения. Вандевендер и его коллеги проверили это на практике. Для этого они создали искусственный аналог космических лучей – источник радиации высокой мощности, мощность которого быстро убывала.

Для этого ученые облучали потоком нейтронов из ускорителя частиц пленку из меди. Благодаря этому образовалось большое количество атомов радиоактивной меди-64, период полураспада которой составляет чуть более 12 часов. Поместив эту пленку рядом с кубитом, ученые на протяжении следующих 400 часов следили за тем, как менялись типичные сроки жизни ячейки квантовой памяти.

Эти опыты показали, что среднее время работы кубита по мере снижения уровня радиации вырастало примерно в шесть раз. Это подтвердило предположения Устинова и его коллег. В следующем эксперименте ученые создали вокруг холодильника, где хранились кубиты, стену из свинцовых "кирпичей", и проследили за тем, как изменилась продолжительность их жизни после появления подобного щита от радиации.

Выводы ученых подтвердились: без подобной защиты сверхпроводящий кубит в лучшем случае работал примерно 4 миллисекунды, после чего его квантовое состояние гарантированно разрушалось из-закосмических лучей или фоновой радиации.

Несмотря на то, что свинцовая защита продлила жизнь кубиту примерно на 18%, она не остановила всю радиацию и космические лучи. Это говорит о том, что подобные факторы могут сильно ограничивать мощность и производительность подобных типов квантовых компьютеров. Это нужно учитывать при их дальнейшей разработке.

К примеру, квантовые компьютеры можно размещать в глубоких подземных шахтах, где действие космических лучей будет минимальным, или же разработать более эффективные системы их защиты от радиации, благодаря которым сверхпроводящие кубиты смогут работать достаточно долго для того, чтобы проводить вычисления любой сложности, подытожили Вандевендер и его коллеги.

Источник

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*

© 2020 Зеленоград ИНФО – ещё ближе к городу. Все права защищены.


Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru
08:0830 Сентября
 Ср, 2020
WordPress: 58,08MB | MySQL:82 | 1,182sec