Forscher der University of Surrey haben ein neues Qubit-Design vorgeschlagen, das eine Lösung für das Problem bieten könnte, die Fehlerraten bei wachsender Größe von Quantencomputern niedrig zu halten. Das in npj Quantum Information vorgestellte Gerät Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ) nutzt suprafluides Helium-3, das reibungsfrei fließen kann.
Viele heutige Quantensysteme basieren auf supraleitenden Schaltkreisen, die empfindlich auf elektromagnetisches Rauschen und vagabundierende elektrische Ladungen reagieren. Mit zunehmender Qubit-Anzahl wird es schwieriger, solche Störungen zu kontrollieren. Bei suprafluidem Helium, das keine elektrische Ladung trägt, könnte es sich hingegen um einen natürlichen Schutz gegen bestimmte Arten elektromagnetischen Rauschens handeln.
Den Berechnungen der Forscher zufolge könnten die Fehlerraten des SHOQ-Geräts etwa 100-mal niedriger sein als bei herkömmlichen supraleitenden Qubits. Die Erstautorin der Studie, Dr. Priya Sharma, sagte, die Komponenten der Idee seien erstmals in einem mikrofluidischen Gerät zusammengeführt und die Details bestimmt worden, die den Betrieb des Geräts als Qubit ermöglichen. Als nächsten Schritt plant das Team, einen Prototyp herzustellen und die Vorhersagen zu testen.
Es wird erwartet, dass SHOQ die bestehende Quantenhardware nicht ersetzt, sondern gemeinsam mit supraleitender Quantentechnologie eingesetzt wird. Auf diese Weise könnten verschiedene Qubit-Typen in einem System unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Langfristig könnte das Gerät auch als Speicher dienen, der Quanteninformationen aufbewahrt, während andere Hardware die Berechnungen ausführt.
Der Betrieb des Geräts erfordert extrem niedrige Temperaturen; die Forscher weisen darauf hin, dass die erforderlichen Bedingungen bei Experimenten mit suprafluidem Helium-3 bereits erreicht wurden. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Professor Jens Koch von der Northwestern University durchgeführt. Die Arbeit am Prototyp wird durch das IAA Commercialisation Fellowship unterstützt, das Dr. Priya Sharma verliehen wurde.
Warum wichtig
Die Bedeutung des Vorschlags liegt darin, dass er für das mit steigender Qubit-Zahl wachsende Problem von Rauschen und Fehlerkontrolle eine Option bietet, die keine direkte Wiederholung des bestehenden supraleitenden Ansatzes darstellt. Die Nutzung eines Mediums, das keine elektrische Ladung trägt, ermöglicht es, SHOQ eher als ergänzende Komponente zu betrachten, die in bestehenden Systemen bestimmte Funktionen übernehmen könnte, statt damit allein einen neuen Computer zu bauen. Insbesondere die Idee eines Speichers, der Quanteninformationen während der Berechnung bewahren könnte, beschränkt den möglichen Einsatzbereich des Designs nicht auf seine Rechenkapazität. Ob der berechnete Fehlervorteil tatsächlich in einem realen Gerät sichtbar wird, wird sich jedoch erst durch die Herstellung eines Prototyps und Tests bei extrem niedrigen Temperaturen klären; das derzeitige Ergebnis ist keine bereits umgesetzte Leistung, sondern ein Designvorschlag, der noch erprobt werden muss.