宇宙射线会破坏量子计算机的稳定性

量子计算机正在以令人兴奋的速度发展，但不幸的是，这一进展可能很快就会停滞不前。流向地球的宇宙射线可能会干扰这些量子计算机中信息的完整性，现在麻省理工学院的一个团队已经展示了它们是多么脆弱，以及可能需要如何保护它们。

在传统计算机中，信息以“位”表示为零或一。但是由于量子物理学的诡异规则，量子计算机中的比特(称为量子比特)能够同时存在于两种状态的叠加态中。这意味着它们可以并行执行许多操作，使它们比现有的计算机系统强大得多。

但是制造实用的量子计算机存在一个主要障碍。量子比特的相干时间相当短，这是指它们可以在这种叠加状态下保持多长时间。那是因为它们对外界干扰很敏感，比如热、磁场和电场，甚至是我们周围一直存在的低水平辐射。

一些最严重的罪犯来自太空。宇宙射线和它们产生的一连串二次粒子不断落在我们身上，虽然我们个人可能没有注意到它们，但它们会对电子产品造成严重破坏。

在一项新的研究中，麻省理工学院，林肯实验室和太平洋西北国家实验室(PNNL)的研究人员现在已经量化了宇宙射线对量子计算机来说可能有多大的问题。

在实验中，研究人员将辐照铜盘放置在超导量子位旁边，以测量辐射的影响。实验是在稀释冰箱内进行的，通过将环境冷却到比太空真空低200倍左右来最大限度地减少其他干扰。在冰箱外研究了第二个辐照铜盘，以测量量子系统暴露了多少辐射。

使用这种设置和其他模拟，研究小组发现量子比特相干时间将被限制在四毫秒左右。进一步的实验通过在铜盘和量子比特之间放置或移除辐射屏蔽来证实这一数字。盾牌确实有帮助，但这不是最实用的解决方案——它是一堵两吨重的铅砖墙。

实验表明，为了充分利用量子计算机，我们需要构建具有足够屏蔽的量子计算机。这可能意味着将它们移到地下深处，就像中微子狩猎实验一样，也需要保护免受宇宙射线的伤害。但这可能不是唯一的解决方案，该团队说。

“如果我们想建立一个行业，我们可能更愿意减轻地面辐射的影响，”该研究的作者威廉奥利弗说。“我们可以考虑设计量子比特，使它们'抗辐射'，对准粒子不那么敏感，或者为准粒子设计陷阱，这样即使它们不断被辐射产生，它们也可以从量子比特流出。所以这绝对不是游戏结束。

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