一個由多所機構組成的科學家團隊，利用位於費米國家加速器實驗室的西北實驗地下站（NEXUS），研究多個超導量子比特（qubit）中的電荷噪聲。這是科學家首次在包含多個量子比特的晶片上測量電荷噪聲。在量子計算中，量子比特用於存儲信息。由於其疊加特性，量子比特能夠同時存儲大量信息，從而指數級地提高計算能力。然而，量子比特對外部擾動的敏感性，可能導致計算中的錯誤。超導量子比特在建設商業規模量子計算機方面處於領先地位，因此研究團隊根據新聞稿調查了外部擾動對其的影響。
在2019年，威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員進行了一項類似的實驗，使用同一晶片，該晶片由四個超導量子比特組成。當一個電離粒子，如宇宙射線或伽馬射線，通過量子晶片時，會產生電荷爆發。由於量子比特對電荷波動的極度敏感，科學家能夠直接測量這些事件。在2019年的實驗中，研究人員發現宇宙射線和伽馬射線均負責超導量子比特晶片內的電荷爆發。因此，在最近的實驗中，科學家選擇NEXUS實驗室來屏蔽晶片免受宇宙射線的影響。通過在稀釋冰箱周圍使用鉛屏蔽，研究人員測量了打開和關閉屏蔽時的數據，以確定伽馬射線的影響。
儘管團隊在關閉屏蔽時觀察到電荷爆發的減少，但減少的幅度低於預期，這表明還存在其他背景噪聲來源。研究人員Grace Bratrud表示：「也許有某些未知的源頭在量子比特附近產生伽馬射線。我們希望更仔細地研究這些材料，以查看它們是否可能產生某些放射性。」然而，量子比特的敏感性再次表明可以將它們作為探測器，甚至能夠檢測到微弱的信號，可能來自暗物質。它們還有助於理解物理學中的各種現象。
在量子計算方面，這項研究有助於了解哪些來源會導致計算錯誤，以及在開發容錯計算機時需要考慮哪些因素。研究團隊計劃延長觀測時間，以確定基板中捕獲的電荷是否在更長的時間範圍內釋放。此外，研究人員還計劃在NEXUS進行另一輪研究，這次將使用一種高度優化的基於量子比特的傳感器。該傳感器由SLAC國家實驗室開發，名為超導準粒子放大transmon（SQUAT）。重複實驗將有助於比較不同檢測方法處理不同能量水平的情況。
「這些比較將導致新設計的誕生，讓我們有意地工程化對環境的響應量。」西北大學物理與天文學教授Enectali Figueroa-Feliciano在新聞稿中表示。「擁有這種控制將導致優化的量子設備，以最小化其對環境的響應，應用於量子計算。它還將允許我們在量子傳感應用中最大化這種響應。」這項研究的結果已發表在《自然通訊》期刊上。
