Изследователи от Университета в Съри, Англия предложиха нов тип кубит, който може да помогне за решаването на един от основните проблеми при квантовите изчисления – поддържането на ниско ниво на грешки при увеличаване на мащаба на системите. Концепцията използва свръхтечен хелий – форма на хелия с необичайни квантови свойства за създаване на кубит, който може да бъде по-малко чувствителен към някои смущения, засягащи съвременните водещи квантови компютри.

Защо квантовите компютри страдат от грешки

Квантовите компютри разчитат на кубити за съхранение и обработка на информация по начини, недостъпни за обикновените компютри. Много от съвременните системи използват свръхпроводящи схеми, но те са изключително чувствителни към електромагнитни шумове и паразитни електрически заряди — подобно на статичното електричество, поради което косата се залепва за балон. Дори много малки смущения могат да нарушат крехката квантова информация, съхранявана в кубита. С добавянето на все повече кубити контролирането на тези грешки става все по-трудно, което превръща мащабируемостта в един от централните проблеми на квантовите изчисления.

В проучване, публикувано в npj Quantum Information, изследователи от групата по квантови науки в Съри описват различен подход, основан на свръхтечния хелий-3 – необичайна форма на течния хелий, способна да тече без триене. Предложеното от тях устройство, наречено Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ) би използвало електронеутрален свръхтечен хелий. Тъй като хелият не носи електрически заряд, конструкцията би могла да бъде естествено защитена от някои видове електромагнитен шум.

Кубит с много по-ниско прогнозирано ниво на грешки

Според изследователите това е първата оповестена конструкция на кубит на базата на свръхтечна среда. Изчисленията им показват, че устройството SHOQ може да има ниво на грешки, което е приблизително 100 пъти по-ниско от това на обичайните свръхпроводящи кубити.

„Не сме първите, които са обмисляли отделните компоненти на тази идея, но това, което направихме за първи път е да ги обединим в микрофлуидно устройство и да разработим конкретните детайли, които биха позволили на устройството да функционира като кубит. Математиката ни показва, че това би трябвало да работи. Взехме това, което вече знаем за свръхтечния хелий и квантовите технологии, и го превърнахме в обоснована конструкция с параметрите и спецификациите, необходими за нейното създаване. Следващата стъпка е да изработим прототип и да проверим тези прогнози на практика.“

заявиха учените

Според изследователите устройството SHOQ не замества съществуващото квантово хардуерно оборудване, а потенциално може да бъде интегрирано със свръхпроводяща квантова технология. Това би позволило на различни видове кубити да изпълняват различни задачи в една и съща система в зависимост от техните силни страни.

Възможна роля в квантовата памет

Една от дългосрочните възможности е да се използва устройството SHOQ като форма на квантова памет. В такава схема кубит, базиран на свръхтечна среда би могъл да съхранява квантова информация, докато друго оборудване извършва изчисления.

Следващата стъпка – създаване на прототип

Сега екипът планира да създаде прототип, за да установи дали прогнозираната производителност може да бъде възпроизведена в реално устройство. Устройството SHOQ ще трябва да работи при изключително ниски температури, но изследователите вече са постигнали необходимите условия в предишни експерименти със свръхтечния хелий-3.