Výzkumníci z University of Surrey a Northwestern University navrhli nový typ kvantového bitu, který využívá vlastnosti superfluidního helia-3. Superfluidum je kapalina schopná proudit bez tření a při velmi nízkých teplotách vykazuje neobvyklé kvantové vlastnosti. Podle výpočtů by navržené zařízení mohlo být zhruba stokrát méně náchylné k chybám než konvenční supravodivé qubity. Výsledek přináší studie zveřejněná v časopise npj Quantum Information.
Qubit je základní jednotka kvantové informace. Na rozdíl od běžného bitu, který nabývá hodnoty nula nebo jedna, může být v kvantové superpozici obou stavů. Tato vlastnost umožňuje kvantovým počítačům provádět některé výpočty jiným způsobem než klasické počítače, zároveň ale činí jejich stav mimořádně citlivým na okolní rušení.
Návrh využívá elektricky neutrální prostředí
V současných kvantových počítačích se často používají supravodivé obvody. Ty jsou citlivé například k elektromagnetickému šumu a nežádoucím elektrickým nábojům. S přibývajícím počtem qubitů je obtížnější tyto chyby potlačovat a opravovat. Právě proto vědci hledají i jiné fyzikální principy, na nichž by bylo možné kvantovou informaci uchovávat.
Navržené zařízení, označované jako Superfluid Helium Oscillator Quantum neboli SHOQ, má pracovat s kvantovanými oscilacemi v superfluidním heliu-3. Helium nenese elektrický náboj, takže by jeho použití mohlo omezit některé druhy elektromagnetického rušení, které ovlivňují supravodivé qubity. Autoři studie sestavili návrh mikrofluidního zařízení a pomocí matematického modelování zkoumali, zda by jeho parametry umožnily využít oscilace k uchování a zpracování kvantové informace.
Výpočty podle autorů ukazují na chybovost přibližně stokrát nižší než u konvenčních supravodivých qubitů. Nejde však o výsledek měření skutečného kvantového procesoru. Studie představuje teoretický návrh a další krok má spočívat ve výrobě prototypu, na němž bude možné předpovědi ověřit. Teprve experiment ukáže, zda se podaří dosáhnout předpokládané odolnosti vůči rušení a zda bude možné zařízení prakticky řídit a odečítat jeho stav.
Možná paměť pro kvantové počítače
Autoři nepředpokládají, že by superfluidní qubity musely nahradit všechny dnes používané technologie. Jednou z možností je jejich kombinace se supravodivými qubity, které by v systému plnily různé úkoly podle svých vlastností. Superfluidní zařízení by například mohlo sloužit jako kvantová paměť, tedy jako prvek pro uchování kvantové informace, zatímco jiné qubity by prováděly výpočty.
SHOQ by musel pracovat při extrémně nízkých teplotách. Podle vědců však byly podmínky potřebné pro práci se superfluidním heliem-3 dosaženy v předchozích experimentech. Návrh proto představuje možnou cestu k novému typu kvantového hardwaru, nikoli hotovou technologii. Jeho skutečný přínos bude možné posoudit až po konstrukci a testování prototypu.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.