Impacto de la radiación ionizante en la coherencia de los qubits superconductores

Área de la Ciencia:

• La computación cuántica
• Dispositivos cuánticos superconductores
• Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• Los qubits superconductores son una plataforma líder para las tecnologías cuánticas, que requieren largos tiempos de coherencia y operaciones de alta fidelidad.
• La coherencia de los qubits superconductores está limitada por las cuasipartículas, que son pares de Cooper rotos.
• Las densidades de cuasipartículas observadas experimentalmente son órdenes de magnitud más altas que las predichas por la teoría del equilibrio, con fotones infrarrojos que contribuyen pero no explican completamente el exceso.

Objetivo del estudio:

• Para identificar el mecanismo faltante responsable de las densidades elevadas de cuasipartículas en los qubits superconductores.
• Investigar el papel de la radiación ionizante en la generación de cuasipartículas.
• Para evaluar el impacto del blindaje de radiación en el rendimiento de los qubits.

Principales métodos:

• Medidas experimentales de la densidad de las cuasipartículas en los qubits superconductores.
• Exposición controlada a las fuentes de radiación ionizante (materiales radiactivos ambientales, rayos cósmicos).
• Implementación del blindaje radiológico y medición de los cambios resultantes en los tiempos de relajación de la energía.

Principales resultados:

• Se ha demostrado que la radiación ionizante contribuye significativamente a la elevada densidad de las cuasipartículas.
• Se predijo que esta densidad elevada limita los tiempos de coherencia a milisegundos para los diseños de qubits actuales.
• Se ha demostrado que el blindaje contra la radiación reduce el flujo de radiación ionizante y aumenta el tiempo de relajación de la energía.

Conclusiones:

• La radiación ionizante es un factor crítico y previamente subestimado que afecta el rendimiento de los qubits superconductores.
• La mitigación de la radiación ionizante es esencial para lograr los tiempos de coherencia necesarios para la computación cuántica tolerante a fallas.
• El blindaje de radiación ofrece un método viable para mejorar la coherencia de los qubits.