自然輻射讓量子計算機遭遇瓶頸

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【大紀元2020年09月08日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)新研究發現,即使只是自然環境下非常微量的輻射,都會影響量子計算機的性能。研究人員表示,量子計算機可能要建在地下,或把量子比特保護在防輻射的環境中。

傳統計算機的基礎信息單位是比特,只有0或1兩個狀態。量子計算機的基本單位是量子比特,除了具有0、1的狀態之外,還有能夠同時具有兩個狀態的量子疊加態。

量子計算機的性能與量子比特維持其量子疊加態的時間長度緊密相關。可是,諸多因素都會干擾量子比特使其發生所謂的「量子退相干效應」,損失量子態,包括磁場和電場的波動、熱能,甚至量子比特之間也會互相形成干擾。

現在最通用的量子比特模型——超導量子比特近年來取得了可觀的發展,其量子態從1999年只能維持一納秒,到今天已經能維持約兩百微秒。

然而,這份由麻省理工學院和西北太平洋國家實驗室(PNNL)聯合完成的研究發現,很快,量子計算機的性能將遭遇瓶頸。

這份發表在《自然》期刊上的研究稱,自然環境下微量的輻射,包括建築物牆體發出的輻射,或是經過多重過濾抵達地面已經是微乎其微的宇宙射線,都足以對量子計算機造成影響。

這份研究的測量顯示,量子比特可維持不受破壞的最長時限約為4毫秒。如果不採取手段干預,按照目前量子計算機發展的速度,在未來幾年內,科學家就將遭遇性能瓶頸。

這份研究認為要採取辦法屏蔽量子比特不受輻射干擾,或是需要在地下建造量子計算機,或是想辦法設計可承受輻射的量子比特。

主要研究者之一麻省理工學院的奧利弗(William Oliver)說:「研究導致退相干的機制就像剝洋蔥,在過去20年來,我們已經剝了很多層,可是現在發現還有一層,在未來幾年裡會限制我們的發展。這就是環境射線因素。」

合作研究者麻省理工學院的物理學教授福馬吉奧(Joseph Formaggio)說:「宇宙射線很難屏蔽,穿透力很強。可能倒也不必要像中微子實驗那樣建在地下,可能建在地下室就能有效改善量子比特的性能。」

奧利弗說,如果量子計算機要形成一個產業的話,都建在地下恐怕不合適,最好得在地面環境運行,想別的辦法讓量子比特增強抗干擾性能。

另一位研究者維普薩萊寧(Antti Vepsäläinen)則表示,這項研究對設計天文學上敏感的超導探測器具有借鑑意義。比如暗物質探測器也需要屏蔽任何外在射線,防止出現信號干擾。◇

責任編輯:朱涵儒

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