Eine Einrichtung zur Erkennung extrem geringer Strahlung bei PNNL. (Andrea Starr, PNNL) Behalten Qubits Stable – diese Quantenäquivalente klassischer Rechenbits – werden der Schlüssel zur Realisierung des Potenzials von sein Quanten-Computing . Jetzt haben Wissenschaftler ein neues Hindernis für diese Stabilität gefunden: natürliche Strahlung .
Natürliche oder Hintergrundstrahlung stammt aus allen möglichen Quellen, sowohl natürlichen als auch künstlichen. Kosmische Strahlung tragen beispielsweise zur natürlichen Strahlung bei, ebenso wie Betongebäude. Es ist ständig um uns herum und stellt daher ein gewisses Problem für die Zukunft dar Quantencomputer .
Durch eine Reihe von Experimenten, die das Niveau der natürlichen Strahlung um Qubits herum veränderten, konnten Physiker nachweisen, dass dieses Hintergrundrauschen Qubits tatsächlich so aus dem Gleichgewicht bringt, dass sie nicht mehr richtig funktionieren.
„Unsere Studie ist die erste, die deutlich zeigt, dass schwache ionisierende Strahlung in der Umgebung die Leistung supraleitender Qubits beeinträchtigt.“ sagt der Physiker John Orrell , vom Pacific Northwest National Laboratory (PNNL).
„Diese Ergebnisse legen nahe, dass eine Strahlungsabschirmung notwendig sein wird, um die seit langem angestrebte Leistung von Quantencomputern dieser Bauart zu erreichen.“
Natürliche Strahlung ist keineswegs die bedeutendste oder einzige Bedrohung für die Qubit-Stabilität, die in der Fachsprache als Kohärenz bezeichnet wird – alles von Temperaturschwankungen bis hin zu elektromagnetischen Feldern kann dies tun Den Qubit-Zauber brechen .
Aber die Wissenschaftler sagen, wenn wir eine Zukunft erreichen wollen, in der Quantencomputer unsere fortschrittlichsten Computeranforderungen erfüllen, müssen wir uns mit dieser Störung durch natürliche Strahlung befassen.
Nachdem es Probleme mit der Dekohärenz supraleitender Qubits gab, beschloss das Team hinter der neuen Studie, das mögliche Problem mit natürlicher Strahlung zu untersuchen. Sie fanden heraus, dass es eine wichtige Quantenbindung namens a aufbricht Cooper-Paar von Elektronen.
„Die Strahlung bricht zusammenpassende Elektronenpaare auseinander, die in der Regel elektrischen Strom ohne Widerstand transportieren.“ Supraleiter ,' sagt der Physiker Brent VanDevender , von PNNL. „Der Widerstand dieser ungepaarten Elektronen zerstört den sorgfältig vorbereiteten Zustand eines Qubits.“
Klassische Computer können durch die gleichen Probleme gestört werden, die Qubits betreffen, Quantenzustände sind jedoch viel empfindlicher und empfindlicher. Einer der Gründe dafür, dass wir heute keine echten vollwertigen Quantencomputer haben, ist, dass niemand Qubits länger als stabil halten kann jeweils ein paar Millisekunden .
Wenn wir das verbessern können, könnten die Vorteile in Bezug auf die Rechenleistung enorm sein: Während beim klassischen Rechnen Bits nur auf 1 oder 0 gesetzt werden können, können Qubits auf 1, 0 – oder beides gleichzeitig – gesetzt werden (sog Überlagerung ).
Wissenschaftlern ist es gelungen, dies zu erreichen, allerdings nur für einen sehr kurzen Zeitraum und in einer sehr streng kontrollierten Umgebung. Die gute Nachricht ist, dass sich Forscher wie die am PNNL der Herausforderung verschrieben haben, herauszufinden, wie Quantencomputer Wirklichkeit werden können – und jetzt wissen wir etwas mehr darüber, womit wir es zu tun haben.
„Praktisch Quanten-Computing „Mit diesen Geräten wird es nicht möglich sein, wenn wir uns nicht mit der Strahlungsproblematik befassen“, sagt VanDevender . „Ohne Abschwächung wird die Strahlung die Kohärenzzeit supraleitender Qubits auf wenige Millisekunden begrenzen, was für praktisches Quantencomputing nicht ausreicht.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .