量子运算是新形态的运算技术，速度比传统的二进制制位元运算快上数亿倍。然而量子位元的量子态很不稳定，很容易受到温度、电场变化的干扰，造成量子去相干（decoherence），影响量子运算的性能。
此外，近期MIT的科学家发现，“辐射”也会影响量子态，不需要强到核电厂的等级，仅是照射到地表的宇宙射线就会干扰量子运算。辐射会是量子发展的瓶颈吗？研究团队将研究发布到《Nature》期刊，讨论辐射对量子运算的影响。
量子态容易受到干扰，影响量子运算
量子运算的可行性，取决于量子位元的稳定性。以超导量子位元为例，它产生于超导材料，由名为库柏对（Cooper pairs）的电子对组成，但如果系统被干扰，电子对就会被破坏，形成准粒子（quasiparticle），让量子位元去相干，量子态被破坏。
量子态并不稳定，磁场、电场、温度的波动，以及量子位元间的交互作用都会造成量子去相干，破坏量子态。而科学家长久以来怀疑，辐射是否也会造成量子去相干。
MIT实验证实，辐射会影响量子位元
近期，MIT林肯实验室与西北太平洋国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）联合实验，打造设备阻绝辐射，观察量子态的变化。
但实验前，研究团队需要设计一套机制，校准已知辐射对量子位元的影响。研究团队需要一种辐射强度已知的辐射源。他们使用高纯度的铜，将铜暴露在高强度中子的照射下，产生同位素铜64。铜64的辐射强度能在数周的时间内衰退到背景辐射的强度，让研究团队研究不同强度的辐射对量子位元的影响。
研究团队准备两个铜盘，用中子让它们成为铜64。接着将其中一个铜盘置于超导位元旁边，记录辐射对量子态的影响；并将另一个铜盘于室温下，作为辐射强度的标准。
借由测量，研究团队得知辐射与量子位元的关系，并推论环境辐射造成的影响。根据测量，量子相干时间被辐射线缩在4毫秒的长度。
接着，研究团队移除辐射物质，并建造重达2吨的“铅砖”墙，抵挡环境辐射。研究团队测量在有墙与无墙的状况下，量子位元的状况。实验证实，辐射会影响量子位元，让相干时间限缩在4毫秒，并证明在有防护的状况下，量子位元的性能可提升。
解决方式：将设备建当地底，或创建不受辐射影响的量子位元
量子运算技术发展数十年，量子态维持时间从1990年代的奈秒，延长到现今的微秒等级，然而辐射会让量子态遇到无法突破的天花板吗？
参与研究的教授Joseph Formaggio表示，宇宙射线的穿透力很强，基本上很难摆脱，但可以通过将设备建当地底的方式，降底宇宙射线的影响，提升量子位元的性能。
但地底不是唯一的选择。参与实验的副教授William Oliver认为能通过其他机制减缓辐射的影响，例如设计不受辐射影响的量子位元，创建对准粒子敏感度低的量子位元，或者是创建准粒子的陷阱，让它们离开量子系统，不干扰量子位元的运行。
因此，量子运算仍然有发展的可能性。Oliver形容，量子去相干的机制很像洋葱，过去20年来，科学家一直在研究它的机制，虽然近期发现辐射对量子态的影响，但“这绝对不是Game Over”，这只是另外一层人类要处理的“洋葱”罢了！
参考资料
《Nature》、《MIT News》