La radiación cósmica es un gran problema para las computadoras cuánticas

Los desarrolladores de computadoras cuánticas deberán rediseñarlas para protegerlas tanto como sea posible de la radiación de fondo. Robert McDermott de la Universidad de Wisconsin-Madison, cuya investigación previa ha demostrado que los rayos cósmicos pueden alterar seriamente las computadoras cuánticas, ahora ha dicho que El método de corrección de errores comúnmente utilizado no puede hacer frente a este problema.

Un equipo internacional de especialistas dirigido por McDermott sugiere que mantener un nivel aceptable de error requerirá no solo colocar barreras físicas para proteger las computadoras cuánticas de la radiación, sino también cambiar el diseño de los circuitos integrados. .

Los rayos cósmicos son un problema conocido que también afecta a los ordenadores convencionales, que pueden provocar errores en los mismos. Sin embargo, con las computadoras cuánticas, el problema es mayor porque la radiación puede cambiar el estado de un qubit en dos direcciones (representadas por los ejes X y Z), no en una. Por lo tanto, se utiliza un método de corrección de errores en el que la información se almacena en una matriz de qubit unidimensional, cada una de las cuales está vinculada a un vecino. Con una pequeña cantidad de errores, es posible utilizar qubits adyacentes para corregir el estado de error de los qubits. Sin embargo, siempre que no haya errores en los qubits adyacentes al mismo tiempo.

Sin embargo, la investigación del equipo de McDermott muestra que los errores cósmicos y gamma no cumplen esta última condición. Hemos descubierto la existencia de múltiples mecanismos para la aparición de errores correlacionadosdice Chris Wilen, uno de los investigadores.

Para su investigación, el equipo creó un chip que contiene dos pares de qubits. La distancia entre los qubits de un par era de 340 µm, y entre el otro par, de 640 µm. Mientras realizaban operaciones cuánticas en su sistema, los científicos observaron muchos cambios de carga simultáneos en los pares de qubit. Cuando modelaron estos cambios utilizando herramientas estándar de física de partículas, descubrieron que la fuente era un rayo cósmico y un rayo gamma que golpeaba el chip mismo.

La probabilidad de saltos de carga correlacionados fue mayor en un par por distancias más pequeñas entre qubits, lo que indica que separar los qubits reducirá el número de errores.

Sin embargo, también se descubrió otro problema grave. Resultó que la energía de los rayos que golpeaban el chip se convertía en fonones, vibraciones materiales que podían conducir a la formación de cuasi partículas. A medida que los fonones se extendían por todo el sistema, generaban otros errores correlacionados que aparecían en el sistema pequeño. Y es este “envenenamiento por cuasi partículas” el que puede ser el problema más grave para los sistemas de corrección de errores.

Los autores de la investigación ofrecen dos soluciones al problema. Una es usar una carcasa de plomo alrededor de los circuitos integrados cuánticos y colocarlos bajo tierra, como con los detectores de neutrinos, por ejemplo. El segundo método es reducir la sensibilidad de los qubits, lo que podría lograrse, por ejemplo, dopando el chip con materiales que unen los qubits o los expulsen del sistema.

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