Ученые выяснили, почему даже самые защищенные сверхпроводящие квантовые компьютеры продолжают давать сбои. Виной всему ионизирующее излучение — оно приходит из космоса или возникает из окружающей среды. Когда частицы этого излучения попадают в кремниевую основу чипа, появляются хаотичные квазичастицы. Они нарушают работу кубитов — основных ячеек квантового компьютера.
Чтобы защитить кубиты, инженеры придумали метод под названием «инженерия зазора». Это энергетический барьер, который мешает вредным частицам достигать чувствительных зон устройства. Но, как оказалось, даже этот барьер не спасает полностью. Иногда радиация все равно вызывает внезапные массовые ошибки, которые затрагивают сразу много кубитов. Почему так происходит, долго оставалось загадкой.
Разгадать ее взялась команда из Google Quantum AI. Ученые разработали особый способ измерений . Они использовали 72-кубитный процессор Willow и проводили быстрые замеры каждые несколько микросекунд, чтобы поймать момент возникновения ошибок.
Оказалось, что даже если квазичастицы не могут пробить энергетический барьер, они все равно вредят. Они заставляют кубиты менять свою частоту примерно на 3 мегагерца. Из-за этого кубиты теряют синхронизацию с управляющими микроволновыми импульсами. В результате накапливаются так называемые фазовые ошибки — неправильные сдвиги в квантовом состоянии. Ученые назвали это «эффектом рикошета» и впервые обнаружили новый тип ошибок — коррелированные фазовые ошибки. Раньше их не могли заметить, поэтому все попытки исправить ситуацию не давали полного успеха.
Но исследователи не только нашли проблему, но и предложили решение. Они применили специальные эхо-импульсы — дополнительные управляющие сигналы, которые компенсируют нежелательные фазовые сдвиги. Это делает систему гораздо устойчивее к ошибкам. Открытие поможет сделать квантовые компьютеры надежнее и приблизит их выход на практический уровень.
Читайте также: «Физики создают квантовый компьютер размером с монету на магнонах».