Η ιονίζουσα ακτινοβολία από το διάστημα και το περιβάλλον αποτελούσε ανέκαθεν έναν επίμονο αντίπαλο για τους υπεραγώγιμους κβαντικούς επεξεργαστές.
Παρά τις προηγμένες θωρακίσεις, οι επιστήμονες παρατηρούσαν συχνά ξαφνικές «εκρήξεις σφαλμάτων» που διέκοπταν τη λειτουργία των qubits, των βασικών μονάδων υπολογισμού. Μια νέα έρευνα από την ομάδα Google Quantum AI, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Physical Review X, αποκαλύπτει επιτέλους την αιτία πίσω από αυτές τις δυσλειτουργίες, προσφέροντας μια ξεκάθαρη εξήγηση για ένα φαινόμενο που παρέμενε μυστήριο.
Ιονίζουσα ακτινοβολία: Το κενό στη θωράκιση και τα quasiparticles
Για την προστασία των συστημάτων, οι ερευνητές είχαν αναπτύξει την τεχνική του «gap engineering», δημιουργώντας ενεργειακά φράγματα στα υπεραγώγιμα υλικά για να εμποδίσουν τα «quasiparticles» -σωματίδια που δημιουργούνται από την ακτινοβολία- να επηρεάσουν τα qubits.
Ωστόσο, τα σφάλματα επέμεναν. Η ομάδα της Google, χρησιμοποιώντας τον επεξεργαστή Willow 72 qubits, κατάφερε να παρακολουθήσει τη δυναμική των σφαλμάτων σε πραγματικό χρόνο, ανακαλύπτοντας ότι το πρόβλημα δεν ήταν η άμεση διείσδυση των σωματιδίων, αλλά η έμμεση επίδρασή τους στη συχνότητα λειτουργίας του συστήματος.
Η ανακάλυψη των συσχετισμένων σφαλμάτων φάσης
Η έρευνα έδειξε ότι η ακτινοβολία προκαλεί μια μετατόπιση στη συχνότητα των qubits έως και 3 MHz. Αυτή η αλλαγή οδηγεί σε «συσχετισμένα σφάλματα φάσης», καθώς τα qubits χάνουν τον συγχρονισμό τους με τους παλμούς μικροκυμάτων που τα ελέγχουν. Ενώ οι παραδοσιακές μέθοδοι διόρθωσης μπορούσαν να αντιμετωπίσουν μεμονωμένα προβλήματα, αυτές οι μαζικές εκρήξεις σφαλμάτων φάσης δημιουργούσαν ένα ανυπέρβλητο εμπόδιο στην απόδοση. Η διαπίστωση αυτή εξηγεί γιατί οι προηγούμενες προσπάθειες βελτίωσης των κβαντικών υπολογιστών έφταναν σε ένα οριακό σημείο πέρα από το οποίο δεν υπήρχε πρόοδος.
Νέες στρατηγικές για κβαντική ανθεκτικότητα
Πέρα από τον εντοπισμό του προβλήματος, η Google πρότεινε ήδη τρόπους αντιμετώπισης. Η χρήση «echo pulses», δηλαδή πρόσθετων επιχειρήσεων ελέγχου, βοηθά στην ακύρωση των ανεπιθύμητων μετατοπίσεων φάσης, καθιστώντας τα qubits λιγότερο ευάλωτα στην ακτινοβολία. Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών είναι ζωτικής σημασίας για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών με ανοχή στα σφάλματα, φέρνοντας την επιστήμη ένα βήμα πιο κοντά στην υλοποίηση πρακτικών και σταθερών κβαντικών συστημάτων μεγάλης κλίμακας.
