サリー大学の研究者らは、量子コンピューターの規模が拡大するにつれてエラー率を低く保つという課題の解決策となり得る、新たな量子ビット設計を提案した。npj Quantum Informationに掲載された研究で紹介されたSuperfluid Helium Oscillator Quantum（SHOQ）デバイスは、摩擦なしに流れる超流動ヘリウム3を利用する。
現在、多くの量子システムは、電磁ノイズや浮遊電荷の影響を受けやすい超伝導回路に依存している。量子ビットの数が増えるほど、こうした干渉を制御することは難しくなる。一方、電荷を持たない超流動ヘリウムは、一部の電磁ノイズに対して自然な保護を提供できるとされている。
研究者らの計算によると、SHOQデバイスのエラー率は、従来の超伝導量子ビットより約100倍低くなる可能性がある。研究の筆頭著者であるDr. Priya Sharmaは、このアイデアを構成する要素が初めてマイクロ流体デバイスに組み込まれ、デバイスを量子ビットとして動作させるための詳細が明らかになったと述べた。チームは次の段階として、プロトタイプを製作し、予測を検証する計画だ。
SHOQは、既存の量子ハードウェアに取って代わるのではなく、超伝導量子技術と組み合わせて利用することが想定されている。これにより、異なる種類の量子ビットが同じシステム内で異なる役割を担える可能性がある。長期的には、他のハードウェアが計算を実行している間に量子情報を保存するメモリとしても利用できる。
デバイスの動作には極めて低い温度が必要となる。研究者らは、超流動ヘリウム3の実験において、必要な条件はこれまでに達成されていると説明している。プロジェクトは、Northwestern UniversityのProfessor Jens Kochとの協力により実施された。プロトタイプ研究は、Dr. Priya Sharmaに授与されたIAA Commercialisation Fellowshipの支援を受けている。
なぜ重要なのか
この提案の重要性は、量子ビットの数が増えるにつれて深刻化するノイズとエラー制御の問題に対し、既存の超伝導アプローチをそのまま繰り返すものではない選択肢を提示している点にある。電荷を運ばない媒体を利用することで、SHOQは単独で新たなコンピューターを構築するものというよりも、既存のシステムで特定の機能を担う補完的なコンポーネントとして評価することが可能になる。特に、計算中に量子情報を保持できるメモリという発想により、この設計の用途は処理能力だけに限定されない。ただし、計算上のエラー優位性が実際のデバイスで確認されるかどうかは、プロトタイプの製作と極めて低い温度で行われる試験によって明らかになる。現時点の結果は実装済みの性能ではなく、検証を待つ設計提案である。