自然发生的背景辐射是超导量子比特中相关退相干事件的潜在来源，这将对纠错方案提出挑战。近日，为了描述一个代表了超导量子比特状态的非屏蔽实验室中的辐射环境，美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员对毫开尔文冰箱的内部进行了背景辐射事件的宽带光谱测量。该光谱仪旨在模拟量子电路的大小和组成。具体来说，NIST研究人员测量出在一块面积为25平方毫米的硅基底上，500微米和1500微米2种不同厚度的材料分别产生的背景辐射光谱。观察到的光谱能量范围从几千电子伏到近10兆电子伏不等，几乎没有识别出任何特征，对于厚度为500微米的硅基底，在100千电子伏和3兆电子伏之间，强度降低了40000倍。研究人员整合光谱以获得平均事件速率和沉积功率水平。当对500μm厚的硅基底沉积进行至少40千电子伏的事件进行计数时，这些量对应于每秒0.023个事件和4.9千电子伏秒^-1的功率。研究人员发现，低温测量与基于冰箱外部地球伽马射线通量、宇宙射线通量发布的模型、低温恒温器的粗略模型和辐射传输模拟的简单测量的预测非常吻合。该模型不需要任何自由参数来预测硅基底中的背景辐射光谱。测量和预测之间的一致性表明，研究人员提出的模型可用于评估地面和宇宙射线源对不同厚度的硅基底中背景辐射相互作用的相对贡献。这些光谱的测量是通过位于微加工硅岛上的新型超导微共振器的新组合实现的，这些共振器定义了与背景辐射的相互作用体积。共振器将沉积的能量转换为容易检测的电信号。微共振器的读数与色散超导量子比特的读数非常相似，因此类似的设备（带或不带微加工硅岛）均适合与超导量子电路集成，作为背景辐射事件的探测器。对于研究人员特定的实验室条件，研究人员发现放射性同位素的伽马射线发射事件是导E<1兆电子伏能量沉积的主要原因。研究结果表明，背景辐射光谱包含除μ子以外的宇宙射线粒子的相关贡献，特别是由质子和中子引起的数兆级电子伏特事件的最后阶段。这些观察结果揭示了几种减少背景辐射对量子电路影响的途径，并得到了一个经过实践验证的成熟模型的支持，该模型可以生成辐射与硅基底相互作用的可靠预测。
该项目的研究成果已由美国物理学会发表在《PRX Quantum》期刊中。（DOI：10.1103/prxquantum.5.040323）
