Квантовый шум: чем дышит сверхпроводящий чип экспресс
В сверхпроводящих цепях, из которых строят квантовые компьютеры, время от времени рождаются лишние частицы — квазичастицы. Они похожи на случайных прохожих, которые врываются в работу процессора и портят вычисления. Учёные научились ловить эти события в реальном времени на двух соседних кубитах — сверхпроводящих элементах, чувствительных к заряду. Оба кубита подключены к общему волноводу, как два микрофона в одной комнате: если рядом что-то происходит, слышно обоим.
В спокойном режиме квазичастицы туннелируют (просачиваются сквозь энергетический барьер) всего несколько раз в секунду. Но примерно раз в минуту наступает всплеск: за тысячные доли секунды темп подскакивает в тысячу раз. Такие всплески длятся около 7 миллисекунд — как короткий звонок в тишине. И самое важное: оба кубита слышат этот звонок почти одновременно, значит, ошибки от квазичастиц коррелируют, то есть возникают сразу в нескольких местах.
Авторы также заметили редкие события, когда всплеск сопровождается сдвигом заряда на кубите — примерно раз в час. Это как если бы в комнату не просто зашёл гость, а ещё и передвинул мебель. Понимание таких корреляций поможет строить квантовые процессоры, которые меньше ошибаются, — ведь теперь видно, когда и откуда приходит шум.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.01945
Quasiparticle tunneling events are a source of decoherence and correlated errors in superconducting circuits. Understanding and ultimately mitigating these errors calls for real-time detection of quasiparticle tunneling events on individual devices. In this work, we simultaneously detect quasiparticle tunneling events in two co-housed, charge-sensitive transmons coupled to a common waveguide. We measure background quasiparticle tunneling rates at the single-hertz level, with temporal resolution of tens of microseconds. Using time-tagged coincidence analysis, we show that individual events are uncorrelated across devices, whereas burst episodes occur about once per minute and are largely correlated. These bursts have a characteristic lifetime of 7 ms and induce a thousand-fold increase in the quasiparticle tunneling rate across both devices. In addition, we identify a rarer subset of bursts which are accompanied by a shift in the offset charge, at approximately one event per hour. Our results establish a practical and extensible method to identify quasiparticle bursts in superconducting circuits, as well as their correlations and spatial structure, advancing routes to suppress correlated errors in superconducting quantum processors.
Квазичастицы в сверхпроводнике — это не настоящие частицы, а коллективные возбуждения, которые ведут себя как частицы, но существуют только внутри материала.
В сериале «Разрабы» квантовый компьютер страдает от загадочных сбоев — похоже на реальную проблему квазичастичных всплесков, только в кино их источник инопланетный.