Физики разработали первый в мире кубит на сверхтекучем гелии
Физики разработали концепцию первого в мире кубита на основе сверхтекучего гелия-3. Подробное описание устройства, расчеты его работы и схемы сопряжения приведены в журнале npj Quantum Information.
Аппаратное обеспечение квантовых вычислений состоит, как известно, из кубитов. Они могут работать на разных принципах, одно из передовых направлений — сверхпроводниковые цепи, однако они крайне чувствительны к электромагнитным помехам и паразитным электрическим зарядам. Даже ничтожные возмущения способны вызывать ошибки и разрушать хранящуюся квантовую информацию, что серьезно затрудняет наращивание вычислительной мощности квантовых систем при сохранении приемлемого уровня ошибок.
Кардинально новый тип кубита, получивший название SHOQ (Superfluid Helium Oscillator Quantum — квантовый осциллятор на сверхтекучем гелии), использует электрически нейтральный сверхтекучий гелий. По расчетам авторов, это должно снизить ожидаемый уровень ошибок примерно в 100 раз по сравнению с обычными сверхпроводниковыми кубитами.
«Мы не первые, кто задумывался об отдельных элементах этой идеи, но мы впервые объединили их в едином микрофлюидном устройстве и проработали детали, необходимые для того, чтобы оно могло работать как кубит. Математика говорит, что это должно работать. Мы взяли уже известное о сверхтекучем гелии и квантовых технологиях и превратили эти знания в обоснованную конструкцию с конкретными параметрами и спецификациями, нужными для ее создания. Следующий шаг — изготовить прототип и проверить эти предсказания на практике», — пояснила инженер-физик Прия Шарма из Суррейского университета, ведущий автор работы.
SHOQ может быть сопряжен с уже существующей сверхпроводниковой квантовой технологией — иными словами, новые кубиты призваны не заменить имеющееся оборудование, но дополнить его.
Если смотреть дальше, одним из потенциальных применений могла бы стать квантовая память: в будущем версия SHOQ могла бы хранить квантовую информацию внутри компьютера, где вычисления выполняются на другом типе аппаратуры.
«Вовсе не обязательно, чтобы один тип кубита делал все. Сочетание разных квантовых технологий позволило бы использовать сильные стороны каждой из них. Сверхтекучий гелий дает нам принципиально иную квантовую платформу для изучения. Если предсказанные характеристики удастся подтвердить экспериментально, такая система в перспективе сможет работать бок о бок с существующими сверхпроводниковыми технологиями в составе более крупной квантовой архитектуры», — отметил физик Эран Гиносар из Суррейского университета, руководивший исследованием.
Сейчас команда нацелена на создание прототипа, чтобы проверить, подтвердятся ли теоретические выкладки в реальном устройстве. Хотя SHOQ-кубит потребует крайне низких температур, необходимые условия уже были достигнуты в экспериментах со сверхтекучим гелием-3.
