规模化量子计算需要量子纠错，而纠错的前提是物理错误足够小且几乎无关联。宇宙射线会产生大量声子和准粒子，影响整个芯片上比特的相干特性并造成错误。然而，由于可同时操作的比特数和读出速度的限制，之前的实验都未能分辨出一次高能辐射带来影响的过程细节，也就无法分析其对大规模算法和纠错的影响。

近日，谷歌和UCSB的研究人员在Sycamore量子处理器的26个阵列量子比特上首次采用快速重复关联采样（RReCS）的方法，追踪了辐射带来的错误从局域扩散到整个芯片范围的全过程，发现一次高能事件带来的错误爆发可延续上千个纠错周期。快速重复关联采样是先把所有比特制备到激发态，等待一微秒的采样时间，然后读取，读到基态即有错误，退相干和读出错误等背景可以用匹配滤波器去掉，剩下的就是高能辐射带来的错误。利用读出谐振腔对比特进行快速重置，两次测量之间仅需3微秒的间隔，从而可以看到一次辐射的影响从发生到扩散最后消失的全过程中比特错误的分布，错误爆发的上升沿约180微秒。变采样时间做时间复用的RReCS，发现比特平均的能量弛豫时间T1被宇宙射线降低到了730ns。

该工作有助于深入理解超导量子比特阵列中错误爆发的微观动力学，并强调了规模化器件中错误缓解的必要性，除了超导体系，对自旋、拓扑等其他固态体系都有重要意义。

论文信息：https://arxiv.org/abs/2104.05219