準粒子毒化

準粒子毒化是超導量子位元突然忘掉自己在做什麼的一種比較隱蔽的方式。在超導體裡,負責承載無損電流的電子是成對結合在一起跑的,這種電子對叫庫柏對。偶爾會有一對被打散,留下兩個落單的不成對電子。每個這樣散落的碎片就叫一個準粒子;當它遊蕩著穿過一個約瑟夫森接面時,就可能從量子位元那裡奪走或塞給它一塊能量。結果是一次突如其來、難以預測的錯誤:本來保持著 1 的量子位元在計算進行到一半時翻成了 0,而控制軟體根本看不出任何原因。

這些散落的碎片從哪來?一部分來自熱,但更多來自悄悄漏進來的雜散能量。一個雜散的紅外光子、一道宇宙射線的閃光,或者晶片封裝材料自身的放射性,所攜帶的能量都遠遠超過打散一對庫柏對所需,而一旦有幾對被打散,它們還會連鎖著打散更多。因為每次事件都是隨機而稀少的,它表現為偶發的故障而不是穩定的雜訊,這既讓人抓狂難尋,又對那些假定錯誤彼此獨立且都很小的糾錯碼格外危險。

工程師從三條戰線反擊。他們用不透光的屏蔽罐、加了濾波的佈線、有時還用低放射性材料,把晶片與光和輻射隔開。他們使用能隙工程,故意把接面的一側做成略強一點的超導體,讓準粒子像滾下坡一樣遠離敏感的部位。他們還加上準粒子陷阱,即一小片正常金屬或能隙更低的超導體,像排水口一樣,把散落的準粒子在抵達接面之前吸走。這一切都還沒有被徹底解決,單單一次宇宙射線擊中仍可能一下子打垮許多個量子位元,這對任何想要擴大規模的人來說都是一樁現實的隱憂。