电离辐射可能会阻碍流行的量子比特技术

超导电路用在暗物质探测器中，如图所示，在量子计算机中用作量子位。图片来源：蒂莫西·荷兰(Timothy Holland)/ PNNL

对于Google，IBM以及其他许多开发量子计算机的公司和机构来说，超导电路是首选的量子位。最新设备中的量子位一次可以维持其微妙的量子状态100 s以上。寿命使得诸如化学反应建模等进步成为可能。但是，将量子比特相干时间延长几个数量级可能会带来挑战。麻省理工学院的AnttiVepsäläinen和William Oliver及其同事现在研究了一种潜在的威胁：宇宙射线等来源的环境辐射，据怀疑会破坏超导材料的某些库珀电子对而引发退相干。

研究人员通过将一个带有两个超导铝量子位的硅芯片与一个放射性铜64盘放在一块硅片上，量化了量子位相干时间在电离辐射下的减少。相干时间突然下降，然后随着铜的辐射水平(具有12.7小时的半衰期)逐渐减小而逐渐增加。在一个单独的实验中，研究人员使用10厘米厚的铅砖将量子位屏蔽了正常的背景辐射，并能够稍微增加量子位的相干时间。基于这两个实验，研究人员得出结论，环境电离辐射会将那些特定的量子位限制为相干时间(毫秒)，仅比最新的量子计算机大一个数量级。

这些发现是基于意大利国家核物理研究所的劳拉·卡达尼(Laura Cardani)和同事的最新研究得出的，他们的研究表明，环境放射性可以触发超导电路中的库珀对断裂。Cardani的小组通过将设备放置在格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)的方法来制止这种现象，该实验室在1.4公里的岩石下面容纳了中微子和暗物质实验。

两项研究表明，工程师在设计不仅用于量子计算机而且用于超灵敏传感器的超导电路。