自然辐射让量子计算机遭遇瓶颈

新研究发现，即使只是自然环境下非常微量的辐射，都会影响量子计算机的性能。研究人员表示，量子计算机可能要建在地下，或把量子比特保护在防辐射的环境中。

研究显示，微量辐射也会干扰量子叠加态，从而影响量子计算机的性能。此为对各类辐射进行屏蔽的示意图。

传统计算机的基础信息单位是比特，只有0或1两个状态。量子计算机的基本单位是量子比特，除了具有0、1的状态之外，还有能够同时具有两个状态的量子叠加态。

量子计算机的性能与量子比特维持其量子叠加态的时间长度紧密相关。可是，诸多因素都会干扰量子比特使其发生所谓的“量子退相干效应”，损失量子态，包括磁场和电场的波动、热能，甚至量子比特之间也会互相形成干扰。

现在最通用的量子比特模型——超导量子比特近年来取得了可观的发展，其量子态从1999年只能维持一纳秒，到今天已经能维持约两百微秒。

然而，这份由麻省理工学院和西北太平洋国家实验室（PNNL）联合完成的研究发现，很快，量子计算机的性能将遭遇瓶颈。

这份发表在《自然》期刊上的研究称，自然环境下微量的辐射，包括建筑物墙体发出的辐射，或是经过多重过滤抵达地面已经是微乎其微的宇宙射线，都足以对量子计算机造成影响。

这份研究的测量显示，量子比特可维持不受破坏的最长时限约为4毫秒。如果不采取手段干预，按照目前量子计算机发展的速度，在未来几年内，科学家就将遭遇性能瓶颈。

这份研究认为要采取办法屏蔽量子比特不受辐射干扰，或是需要在地下建造量子计算机，或是想办法设计可承受辐射的量子比特。

主要研究者之一麻省理工学院的奥利弗（William Oliver）说：“研究导致退相干的机制就像剥洋葱，在过去20年来，我们已经剥了很多层，可是现在发现还有一层，在未来几年里会限制我们的发展。这就是环境射线因素。”

合作研究者麻省理工学院的物理学教授福马吉奥（Joseph Formaggio）说：“宇宙射线很难屏蔽，穿透力很强。可能倒也不必要像中微子实验那样建在地下，可能建在地下室就能有效改善量子比特的性能。”

奥利弗说，如果量子计算机要形成一个产业的话，都建在地下恐怕不合适，最好得在地面环境运行，想别的办法让量子比特增强抗干扰性能。

另一位研究者维普萨莱宁（Antti Vepsäläinen）则表示，这项研究对设计天文学上敏感的超导探测器具有借鉴意义。比如暗物质探测器也需要屏蔽任何外在射线，防止出现信号干扰。