📄 Показана версия «Просто» — «Популярно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить. Прошу разобрать полностью

Квантовый компьютер похож на оркестр, где каждый ион — музыкант, а лазерные импульсы — дирижёрские палочки. Но стоит кому-то в зале зашуршать, и тонкая мелодия квантовых состояний сбивается. В ионных ловушках роль такого шороха играет электрический шум от поверхности электродов. Он снижает точность операций, и чем он сильнее, тем быстрее «фальшивит» квантовый процессор.

Авторы новой работы заглянули в самый источник этого шума. Они взяли линейную поверхностную ловушку Пауля — устройство, где ионы парят над плоскостью электродов — и промерили шум вдоль её оси. Оказалось, что на отрезке длиной 600 микрометров (это чуть меньше толщины кредитной карты) уровень шума меняется в тысячу раз. Снимки с оптического и электронного микроскопов показали: в самых шумных точках на электродах сидят частицы размером в несколько микрон — как пылинки в воздухе, только осевшие на металл.

Чтобы понять, как пылинки создают шум, учёные представили их как «протекающий» диэлектрик — материал, который не идеально изолирует и слегка проводит переменный ток. Такой диэлектрик характеризуется тангенсом угла потерь (это мера того, насколько сильно энергия электрического поля переходит в тепло). Подобрав этот параметр равным 0.33, модель точно описала и величину шума, и то, как он зависит от положения и частоты. Иными словами, пылинки действуют как крошечные антенны, которые ловят внешние поля и переизлучают их прямо в ионную ловушку.

Теперь понятно, почему в литературе такой разброс данных по шуму: всё дело в чистоте поверхности. Одна незамеченная пылинка способна испортить работу целого квантового процессора. Но хорошая новость в том, что с этой напастью можно бороться — достаточно тщательнее чистить электроды перед сборкой. И тогда оркестр ионов зазвучит чище.