Foto: AI/ScienceDaily.com

V laboratořích University of Surrey se odehrává tichá revoluce. Vědci zde pracují na technologii, která by mohla zásadně snížit chybovost kvantových počítačů. Klíčem k tomuto průlomu je superfluidní helium, které by mohlo snížit chybovost kvantových bitů až stonásobně.

Autor původního článku: redakce

Nový přístup ke kvantovým bitům

Vědci z University of Surrey navrhli nový typ kvantového bitu, který by mohl pomoci řešit jeden z největších problémů kvantového počítání: udržení nízké chybovosti při zvětšování systémů. Tento koncept využívá superfluidní helium, formu helia s neobvyklými kvantovými vlastnostmi, k vytvoření kvantového bitu, který by mohl být méně citlivý na některé rušivé vlivy, které ovlivňují dnešní přední kvantové počítače.

Proč kvantové počítače bojují s chybami

Kvantové počítače spoléhají na kvantové bity, aby ukládaly a zpracovávaly informace způsobem, který běžné počítače nedokážou. Mnoho současných systémů používá supravodivé obvody, které jsou však velmi citlivé na elektromagnetický šum a toulavé elektrické náboje – podobně jako statická elektřina, která může způsobit, že se vlasy přilepí na balónek. I velmi malé rušivé vlivy mohou narušit křehké kvantové informace uložené v kvantovém bitu. Jak se přidává více kvantových bitů, kontrola těchto chyb se stává stále obtížnější, což činí škálovatelnost jednou z hlavních výzev v kvantovém počítání.

Superfluidní helium jako řešení

Ve studii publikované v časopise npj Quantum Information popisují vědci ze Surrey’s Quantum Sciences Group jiný přístup založený na superfluidním heliu-3 – neobvyklé formě kapalného helia, které může proudit bez tření. Jejich navrhované zařízení, nazvané Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ) device, by využívalo nábojově neutrální superfluidní helium. Protože helium nenese elektrický náboj, design by mohl být přirozeně chráněn před určitými typy elektromagnetického šumu.

Kvantový bit s mnohem nižší chybovostí

Podle výzkumníků je to první navržený design kvantového bitu založeného na superfluidu. Jejich výpočty naznačují, že zařízení SHOQ by mohlo mít chybovost asi 100krát nižší než konvenční supravodivé kvantové bity. Dr. Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow v Hybridních kvantových systémech na University of Surrey’s School of Mathematics and Physics, a hlavní autorka studie, uvedla: „Nejsme první, kdo přemýšlí o jednotlivých komponentách za touto myšlenkou, ale co jsme udělali poprvé, je, že jsme je spojili v mikrofluidním zařízení a vypracovali konkrétní detaily, které by mohly umožnit, aby zařízení fungovalo jako kvantový bit.“

Možná role jako kvantová paměť

Jednou z dlouhodobějších možností je použití zařízení SHOQ jako formy kvantové paměti. V tomto uspořádání by kvantový bit založený na superfluidu mohl ukládat kvantové informace, zatímco jiný hardware by prováděl výpočty. Dr. Eran Ginossar, docent na University of Surrey’s Department of Physics and Advanced Technology Institute, a spoluautor studie, řekl: „Nepotřebujeme nutně jeden typ kvantového bitu, aby dělal všechno. Kombinace různých kvantových technologií by nám mohla umožnit využít silné stránky každé z nich.“

Další krok: stavba prototypu

Tým nyní plánuje postavit prototyp, aby zjistil, zda lze předpokládaný výkon reprodukovat v reálném zařízení. Tento projekt je podporován IAA Commercialisation Fellowship, které bylo uděleno Dr. Priye Sharma. Zařízení SHOQ by muselo fungovat při extrémně nízkých teplotách, ale vědci již dosáhli potřebných podmínek v předchozích experimentech zahrnujících superfluidní helium-3. Projekt vedla University of Surrey ve spolupráci s profesorem Jensem Kochem z Northwestern University ve Spojených státech.