Исследователи из Университета Суррея предложили конструкцию кубита, которая, согласно расчетам, может снизить уровень ошибок в квантовых вычислениях примерно в 100 раз по сравнению с обычными сверхпроводящими кубитами. Описание разработки опубликовано в журнале npj Quantum Information. В основе устройства лежит сверхтекучий гелий-3 — жидкость, способная течь без трения.
Квантовые компьютеры используют кубиты для хранения и обработки информации. Многие современные системы построены на сверхпроводящих схемах, чувствительных к электромагнитному шуму и случайным электрическим зарядам. Даже небольшие возмущения могут нарушить хранящиеся в кубите данные, а увеличение числа кубитов усложняет контроль ошибок.
Новая концепция получила название Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ), или квантовое устройство на основе осциллятора со сверхтекучим гелием. В конструкции предлагается использовать электрически нейтральный сверхтекучий гелий, который благодаря отсутствию заряда может быть менее восприимчивым к некоторым видам электромагнитных помех. Авторы называют SHOQ первым описанным проектом кубита, основанного на сверхтекучей жидкости.
«Мы не первые, кто задумался об отдельных компонентах этой идеи, но впервые объединили их в микрофлюидном устройстве и проработали конкретные детали, которые могут позволить ему функционировать как кубиту», — сказала ведущий автор исследования доктор Прия Шарма, сотрудница Школы математики и физики Университета Суррея. По ее словам, расчеты подтверждают работоспособность концепции, а следующим этапом станет создание прототипа и проверка прогнозов на практике.
Разработчики не рассматривают SHOQ как замену существующей аппаратуре. По их замыслу, такой кубит можно будет объединить со сверхпроводящими квантовыми технологиями, чтобы разные типы кубитов выполняли различные задачи. Одним из возможных применений может стать квантовая память: сверхтекучий кубит будет хранить информацию, пока другие устройства занимаются вычислениями.
«Нам не обязательно, чтобы один тип кубита выполнял все функции. Сочетание разных квантовых технологий позволит использовать сильные стороны каждой из них», — отметил соавтор работы, доцент Университета Суррея Эран Гиноссар. Команда намерена построить прототип при поддержке стипендии IAA Commercialisation Fellowship, присужденной Шарме. Устройство должно работать при крайне низких температурах, однако необходимые условия уже создавались в предыдущих экспериментах со сверхтекучим гелием-3; проект выполнен совместно с профессором Дженсом Кохом из Северо-Западного университета в США, одним из разработчиков сверхпроводящего кубита transmon (трансмон), широко применяемого в квантовых вычислениях.