准粒子毒化

准粒子毒化是超导量子比特突然忘掉自己在做什么的一种比较隐蔽的方式。在超导体里,负责承载无损电流的电子是成对结合在一起跑的,这种电子对叫库珀对。偶尔会有一对被打散,留下两个落单的不成对电子。每个这样散落的碎片就叫一个准粒子;当它游荡着穿过一个约瑟夫森结时,就可能从量子比特那里夺走或塞给它一块能量。结果是一次突如其来、难以预测的错误:本来保持着 1 的量子比特在计算进行到一半时翻成了 0,而控制软件根本看不出任何原因。

这些散落的碎片从哪来?一部分来自热,但更多来自悄悄漏进来的杂散能量。一个杂散的红外光子、一道宇宙射线的闪光,或者芯片封装材料自身的放射性,所携带的能量都远远超过打散一对库珀对所需,而一旦有几对被打散,它们还会连锁着打散更多。因为每次事件都是随机而稀少的,它表现为偶发的故障而不是稳定的噪声,这既让人抓狂难寻,又对那些假定错误彼此独立且都很小的纠错码格外危险。

工程师从三条战线反击。他们用不透光的屏蔽罐、加了滤波的布线、有时还用低放射性材料,把芯片与光和辐射隔开。他们使用能隙工程,故意把结的一侧做成略强一点的超导体,让准粒子像滚下坡一样远离敏感的部位。他们还加上准粒子陷阱,即一小片正常金属或能隙更低的超导体,像排水口一样,把散落的准粒子在抵达结之前吸走。这一切都还没有被彻底解决,单单一次宇宙射线击中仍可能一下子打垮许多个量子比特,这对任何想要扩大规模的人来说都是一桩现实的隐忧。