Strålning från rymden är en utmaning för kvantdatorer eftersom deras beräkningstid begränsas av kosmiska strålar. Forskare från Chalmers tekniska högskola, Sverige, och University of Waterloo i Kanada går nu djupt under jorden i sökandet efter en lösning på detta problem – i en två kilometer djup gruva.
En nyligen upptäckt orsak till fel i kvantdatorer är kosmisk strålning. Högladdade partiklar från rymden stör de känsliga kvantbitarna och får dem att förlora sitt kvanttillstånd, samt förmågan att fortsätta en beräkning. Men nu ska kvantforskare från Sverige och Kanada gå samman för att hitta en lösning på problemet – i världens djupast belägna renrum, två kilometer under jorden.
"Vi är väldigt exalterade över det här projektet eftersom det tar upp den mycket viktiga frågan om hur kosmisk strålning påverkar qubits och kvantprocessorer. Att få tillgång till denna underjordiska anläggning är avgörande för att förstå hur effekterna av kosmisk strålning kan mildras", säger Per Delsing. Professor i kvantteknologi vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, och chef för Wallenberg Center for Quantum Technology.
Canadian Shield skyddar mot kosmiska strålar
Det unika forskningsprojektet genomförs i samarbete mellan forskare från Chalmers University of Technology, Institute for Quantum Computing (IQC) vid University of Waterloo och SNOLAB nära Sudbury, Ontario, Kanada.
I studien ska supraledande qubits tillverkade vid Chalmers tekniska högskola först testas ovan jord i både Sverige och Kanada. Därefter kommer samma qubits att testas långt under den kanadensiska marken så att skillnader mellan de två miljöerna kan studeras. Med hjälp av den två kilometer tjocka "markskölden" som omger världens djupaste renrum belägen i Vales Creighton-gruvan i Ontario, kan forskarna stänga ute kosmisk strålning eller radioaktivitet som annars skulle ha "slått ut" qubitarna ovanför mark.
"SNOLAB upprätthåller det lägsta myonflödet i världen och har avancerade kryogeniska testmöjligheter, vilket gör det till en idealisk plats att bedriva värdefull forskning om kvantteknologi", säger Jeter Hall, forskningschef vid SNOLAB och adjungerad professor vid Laurentian University i Kanada.
För att kvantdatorernas inverkan ska förverkligas i samhället måste kvantforskare först lösa problemet med felkorrigering. Medan klassiska datorer använder system som kan korrigera de fel som uppstår och ge tillförlitliga resultat, finns det inga nuvarande system som är kraftfulla nog att korrigera de betydligt mer komplexa felen som uppstår i kvantdatorer.
De felkorrigeringsmetoder som används på kvantdatorer idag utgår från att varje fel som orsakas av kosmiska strålar uppstår oberoende av varandra. Detta är en felaktig bedömning, eftersom den här typen av fel tvärtom vanligtvis korrelerar med varandra. Aktuella felkorrigeringsmetoder kan inte korrigera korrelerande fel, vilket innebär att flera kvantbitar kan förlora sitt kvanttillstånd samtidigt. Genom att öka förståelsen för qubit-processerna vill forskarna nu hitta metoder för att minska antalet korrelerade fel.
"Med det här projektet hoppas vi kunna börja förstå vad som händer med qubit-dekoherensen i relation till kosmiska strålar, och sedan börja förstå hur strålningen påverkar qubitarna på mer kontrollerade sätt", säger Dr. Chris Wilson, professor vid University of Waterloo och verksam vid Institute for Quantum Computing i Ontario.
Projektet genomförs i samarbete mellan Chalmers University of Technology, Institute for Quantum Computing (IQC) vid University of Waterloo, Ontario, Kanada, och SNOLAB nära Sudbury, Ontario, Kanada.
Tillhandahålls av Chalmers tekniska högskola
