科学家发现，来自太空的粒子正在利用我们的量子计算机进行处理

一项新的研究发现，包括宇宙射线在内的辐射正在导致量子计算机计算中的错误，解开了关于这些问题起源的数十年之久的谜团，即所谓的准粒子中毒。

麻省理工学院和太平洋西北国家实验室的研究人员确定，环境辐射-包括贝塔粒子、伽马射线和X射线-分解键合电子，然后破坏量子比特。他们的研究发表在周三的“自然”杂志上。

该研究的合著者、太平洋西北国家实验室的物理学家本·洛尔(Ben Loer)说：“如果你回顾过去几年量子计算的发展，你会发现它一直在呈指数级增长。”“我们所做的只是多了一个需要改进的地方，但我们对如何做到这一点有很多想法。”

在传统计算中，信息的基本单位是位，它可以存储1或0。量子计算的力量来自量子比特，量子比特是一种能够同时存储两种状态的基本信息单位。实现实际量子计算的一个主要挑战是提高相干性，即量子位保持量子态的时间长度-你离开量子位的时间越长，它被准粒子破坏的可能性就越大，准粒子是未配对的电子。

辐射可以来自地球，也可以来自外层空间。混凝土和砖块等建筑材料发出的辐射水平很低，而地外原子核在与地球大气层相互作用时会产生宇宙辐射。研究小组发现，在没有干预的情况下，仅宇宙和环境辐射就会将量子比特的寿命限制在几毫秒内。今天的量子比特持续时间不到千分之一毫秒，因此解决辐射问题对于有朝一日实现实际的量子计算至关重要。

一次偶然的相遇启发了这项研究，当时太平洋西北国家实验室的核物理学家布伦特·范德文德(Brent VanDevender)需要向量子信息研究员威廉·奥利弗(William Oliver)借设备进行实验。在借出设备的过程中，奥利弗提到量子计算长期以来一直被超出预期的准粒子数量所困扰，并补充说，环境辐射是一个新兴的假说。

范德文德说：“中微子物理学家和暗物质物理学家一直在处理减轻辐射影响的问题--这是我们生活中最艰难的部分之一。”“对我们来说，与威尔·奥利弗(Will Oliver)合作检验这一假说真的很自然，这也是这篇论文的主题。”

在本文中，作者还提出并测试了核物理和粒子物理中常用的铅屏蔽形式的辐射解决方案。他们用10厘米厚的铅砖做了一个屏蔽物，并把它放在一个使量子比特保持低温的低温恒温器周围，发现这减轻了辐射的一些影响。

VanDevender说，实施这一变化很简单，但衡量其影响要具有挑战性得多。

他说：“建造这堆砖块很容易--他们派来了一名研究生，他把砖块拉了上来--但实际测量表明，砖块实际上对量子位有一些影响，这是一个非常微妙的小信号。”

这是因为今天生产的量子比特只能在微秒内保持量子态，所以测量它们寿命的任何变化都是一项乏味的工作。

事后看来，对一些人来说，宇宙辐射导致普遍观察到的准粒子过多似乎是显而易见的，但洛尔和范德文德表示，他们在提出该小组的假设时遇到了阻力。

洛尔说：“事后，当我们说，我们已经证明了辐射是过量准粒子的来源时，每个人都说，是的，这是显而易见的。”“但6个月前，同样是这些人--似乎没有人想到这一点。”

VanDevender说，这可能是因为他们使用的一些材料对核物理来说很常见，但对量子信息研究人员来说并不容易。例如，他的核物理实验室“到处”都有铅砖，但研究量子比特的人没有理由囤积它们，更不用说知道在哪里可以找到它们了。

VanDevender说，未来的工作是为了确定每种形式的辐射如何影响准粒子的形成，尽管该小组假设每种类型都会有自己独特的影响。还有一个理论问题，即高能辐射如何以某种方式将非常冷的电子对分解成准粒子。

该小组的发现不仅可以帮助制造更好的量子计算机，而且这项研究的应用也回到了原点，为VanDevender和Loer的物理研究提供了信息。

范德文德说：“事实证明，让辐射对量子比特造成困扰的物理原理意味着，像它们这样的东西应该是非常好的探测器。”“对于本和我来说，为了寻找暗物质或真正罕见的中微子相互作用，我们确信有一些探测器技术可以扩展我们的发现范围。”

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