Учёные из Университета Суррея предложили конструкцию кубита, которая может снизить уровень ошибок в квантовых вычислениях примерно в 100 раз по сравнению с обычными сверхпроводящими кубитами. Идея основана на использовании сверхтекучего гелия — жидкости с необычными квантовыми свойствами. О разработке сообщается в журнале npj Quantum Information.
Предлагаемое устройство получило название SHOQ — квантовый осциллятор на сверхтекучем гелии. В его основе должен находиться электрически нейтральный сверхтекучий гелий-3, который не несёт заряда и поэтому может быть менее восприимчив к отдельным видам электромагнитных помех. Такие помехи особенно сильно влияют на современные системы со сверхпроводящими цепями.
Кубиты хранят и обрабатывают информацию с использованием квантовых эффектов, однако их состояние легко нарушается даже небольшими внешними воздействиями. При увеличении числа кубитов управление ошибками становится сложнее, что остаётся одной из главных проблем масштабирования квантовых компьютеров. Исследователи Университета Суррея считают, что сверхтекучая среда позволит создать более устойчивый вариант квантового элемента.
«Мы не первые, кто рассматривал отдельные компоненты этой идеи, но впервые объединили их в микрофлюидном устройстве и рассчитали конкретные параметры, которые могут позволить ему работать как кубиту», — сказала ведущий автор исследования доктор Прия Шарма, сотрудница Школы математики и физики Университета Суррея. По её словам, расчёты показывают работоспособность концепции, а следующим этапом станет создание прототипа и проверка прогнозов на практике.
SHOQ не обязательно должен заменить существующие квантовые технологии. Авторы допускают, что разные типы кубитов смогут работать в одной системе и выполнять задачи, соответствующие их преимуществам. В частности, кубит на сверхтекучем гелии может использоваться как квантовая память для хранения информации, пока другие элементы выполняют вычисления.
«Нам не обязательно нужен один тип кубита, способный делать всё. Объединение разных квантовых технологий позволит использовать сильные стороны каждой из них», — отметил соавтор работы доцент Университета Суррея Эран Джиноссар. Команда планирует построить прототип при поддержке стипендии IAA Commercialisation Fellowship, присуждённой Прии Шарме; устройство должно работать при чрезвычайно низких температурах, которые уже достигались в экспериментах со сверхтекучим гелием-3. Проект выполнен Университетом Суррея совместно с профессором Дженсом Кохом из Северо-Западного университета в США, участвовавшим в разработке широко применяемого сверхпроводящего кубита transmon (трансмона).