摘要：如何防止流浪辐射“缩短”超导尺子；一对研究表明，电离辐射在哪里潜伏以及如何消除它。...

根据一对最近发表的研究，现在是时候从容纳和进行超导量子的设施中消除低水平的放射性能源。显着改善量子设备相干时间是迈向实用量子计算时代的关键步骤。

两篇互补文章，发表在期刊上PRX量子和仪器杂志，概述哪种干扰电离辐射的来源对于超导量子计算机以及如何解决它们是最有问题的。这些发现为跨越地下设施中的辐射效应引起的误差定量研究奠定了基础。

由能源部西北国家实验室物理学家领导的研究团队与麻省理工学院林肯实验室，国家标准技术研究所的同事以及多个学术合作伙伴合作，发表了他们的发现，以帮助量子计算社区为下一代QUBIT开发做准备。

电子“噪声”破坏了延长量子寿命的努力

研究小组的物理学家Brent Vandevender表示：“时间和材料的进展很快就会导致Qubits的稳定量，以至于杂散辐射的环境影响成为量子相干性的限制性步骤。” Vandevender是最早将自然电离辐射识别为量子计算机基本单元功能的不稳定性的科学家之一。

即使是丝毫干扰也可能导致导致超导量子矩的误差失去其量子状态，这一过程被称为逆转。研究小组发现，宇宙辐射和自然存在的同位素会散发出低水平的电离辐射，并在通用材料中发现，这同样负责引起腐烂。

主要实验物理学家本·洛尔（Ben Loer）说：“一旦我们确定了电离辐射对超导吨位的影响，我们就会知道我们需要系统地和定量地识别环境中的辐射源。” “我们在测量实验室中超低辐射水平的经验使我们在非常实验的单位，低温恒温器中包括了辐射源，其中研究了这些实验量子。”

Vandevender补充说：“我们发现，从充当辐射源的角度来看，许多电气连接器只是肮脏的肮脏。”

清理地下

这两项研究结合在一起，指出了将敏感的实验设备免受辐射暴露影响的有效措施。

在《仪器杂志》中，研究小组描述了在屏蔽的地下地下Qubit测试床设施中，大气和同位素辐射暴露的可能性大大降低了PNNL的Richland的屏蔽地下Qubit测试床设施，称为低背景低温设施。该测试床由现有的超清洁地下实验室构建，包括一个低温恒温器，也称为稀释冰箱，能够将超导量子设备冷却至接近绝对零，这是稳定此设计的量子计算设备的关键。研究小组报告说，与典型的地上，未屏蔽的设施中的错误率相比，这种铅屏蔽的低温恒温器可以将错误率降低20倍。

此外，团队报告说，某些相对简单的预防措施，例如消除稀释冰箱内材料内的辐射源，在使量子计算设备可行的方面有很大帮助。这些来源包括金属同位素 - 自然发生的元素变体，这些变体以α，β和伽马射线的形式自发驱射辐射 - 可以干扰量子设备。

在对实验室内的这些辐射源的探索时，他们使用了专门的超敏感检测方法来鉴定硅，铜和陶瓷电子组件中的污染物，例如电路板和电缆，用于从仪器中收集数据，甚至是Qubits本身。为了减少这些设备的影响，该团队建议使用诸如黄铜材料，而不是通常在电缆中发现的珠宝合金。这项研究的未来目标包括测试对辐射和研究低背景材料的影响不太敏感的“辐射硬化”量子位的有效性。

从敏感检测技术中转移知识

在发表在PRX量子上的同伴研究中，研究团队直接测量了在压冰机内的超导传感器上的电离辐射相互作用，这是一种可以达到超冷低温温度的冰箱。他们使用的简单辐射检测电路印刷在一块硅上，类似于用于量子的硅。他们在这里表明，与硅路电路板相互作用的流浪辐射可能会导致值或其他“对电路性能的不受欢迎的影响”的脱碳，这与预测的速率和能量谱非常匹配。

研究团队依靠在设计和建造双β衰减探测器，中微子探测器和暗物质探测器期间开发的专业知识，这些探测器与低辐射水平相似。研究小组确定了两种互补的方法，可以降低超导元素对流浪辐射的敏感性，这是迈向“辐射硬化的第一步：”“隔离晶体“岛”上的超导元素，并简单地使晶体底物变薄。

Loer说：“我们已经证明了哪些辐射来源很重要，我们渴望看到新设备在我们的低背景设施中的性能。”

这项研究得到了能源部，科学办公室，核物理计划的量子水平计划，并获得了Ben Loer的早期职业奖，以及高能物理计划的量子信息科学启用量子信息科学（定量）计划和PNNL的内部投资。