Квантовый шум: чем дышит сверхпроводящий чип экспресс

Оригинал: "Real-time detection of correlated quasiparticle tunneling events in a multi-qubit superconducting device"
arXiv:2602.01945 · 2026-02-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
Туннельные события квазичастиц ловят в реальном времени на двух соседних кубитах.

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.

Всплеск квазичастиц — как гроза в микромире: редкий, но мощный, и бьёт сразу по нескольким точкам.

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.

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.

Учёные
George GamowLeo EsakiDaniel GottesmanDavid DiVincenzoGilles BrassardIgnacio Cirac
Понятия
детектирование квантовых ошибок квазичастица обнаружение квантовых корреляций микроволновый импульс перекрёстные помехи туннельный эффект туннельный переход декогеренция кубита пикосекунда порог ошибок параллельная обработка мониторинг в реальном времени временная запутанность сверхпроводимость микрометрового эффекта сверхпроводящая электроника цепная реакция зарядовый кубит электрический импульс джозефсоновский ток управление в реальном времени