Исследователи из Университета Суррея предложили новый тип кубита, который может помочь решить одну из главных проблем квантовых вычислений — сохранять низкий уровень ошибок при увеличении масштабов систем.

Концепция использует сверхтекучий гелий — форму гелия с необычными квантовыми свойствами — для создания кубита, который может быть менее чувствителен к некоторым помехам, влияющим на современные ведущие квантовые компьютеры.

Почему квантовые компьютеры страдают от ошибок

Квантовые компьютеры полагаются на кубиты для хранения и обработки информации способами, недоступными обычным компьютерам. Многие современные системы используют сверхпроводящие схемы, но они крайне чувствительны к электромагнитным шумам и паразитным электрическим зарядам — подобно статическому электричеству, из-за которого волосы прилипают к воздушному шарику.

Даже очень малые возмущения могут нарушить хрупкую квантовую информацию, хранящуюся в кубите. По мере добавления кубитов контролировать эти ошибки становится всё сложнее, что делает масштабируемость одной из центральных проблем квантовых вычислений.

В исследовании, опубликованном в npj Quantum Information, исследователи из группы квантовых наук Суррея описывают иной подход, основанный на сверхтекучем гелии-3 — необычной форме жидкого гелия, способной течь без трения.

Их предлагаемое устройство, названное Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ), использовало бы электронейтральный сверхтекучий гелий. Поскольку гелий не несёт электрического заряда, конструкция могла бы быть естественно защищена от некоторых типов электромагнитного шума.

Кубит с гораздо более низким прогнозируемым уровнем ошибок

По словам исследователей, это первая сообщённая конструкция кубита на основе сверхтекучей среды. Их расчёты показывают, что устройство SHOQ может иметь уровень ошибок примерно в 100 раз ниже, чем у обычных сверхпроводящих кубитов.

Доктор Прия Шарма, стипендиат Дафны Джексон в области гибридных квантовых систем в Школе математики и физики Университета Суррея и ведущий автор исследования, сказала:

«Мы не первые, кто задумался об отдельных компонентах этой идеи, но то, что мы сделали впервые, — это объединили их в микрофлюидном устройстве и проработали конкретные детали, которые могли бы позволить устройству функционировать как кубит.

Математика говорит нам, что это должно работать. Мы взяли то, что уже знаем о сверхтекучем гелии и квантовых технологиях, и превратили это в обоснованную конструкцию с параметрами и спецификациями, необходимыми для её создания. Следующий шаг — сделать прототип и проверить эти прогнозы на практике».

По словам исследователей, устройство SHOQ не заменяет существующее квантовое аппаратное обеспечение, а потенциально может быть интегрировано со сверхпроводящей квантовой технологией.

Это могло бы позволить разным типам кубитов выполнять разные задачи в одной системе в зависимости от их сильных сторон.

Возможная роль квантовой памяти

Одна из долгосрочных возможностей — использовать устройство SHOQ в качестве формы квантовой памяти. В такой схеме кубит на основе сверхтекучей среды мог бы хранить квантовую информацию, пока другое оборудование выполняет вычисления.

Доктор Эран Гиноссар, доцент кафедры физики и Института передовых технологий Университета Суррея и соавтор исследования, сказал:

«Нам не обязательно нужен один тип кубита, чтобы делать всё. Объединение различных квантовых технологий могло бы позволить нам использовать преимущества каждой из них.

Сверхтекучий гелий даёт нам принципиально иной тип квантового аппаратного обеспечения для изучения. Если прогнозируемую производительность удастся продемонстрировать экспериментально, она в конечном итоге могла бы работать вместе с существующими сверхпроводящими технологиями как часть более крупной квантовой системы».

Следующий шаг — создание прототипа

Теперь команда планирует создать прототип, чтобы выяснить, можно ли воспроизвести прогнозируемую производительность в реальном устройстве. Эта работа поддерживается стипендией IAA Commercialisation Fellowship, присуждённой доктору Прие Шарме.

Устройству SHOQ потребуется работать при чрезвычайно низких температурах, но исследователи уже достигали необходимых условий в предыдущих экспериментах со сверхтекучим гелием-3.

Проект возглавлял Университет Суррея в сотрудничестве с профессором Йенсом Кохом из Северо-Западного университета в США. Кох был одним из исследователей, участвовавших в разработке transmon — конструкции сверхпроводящего кубита, которая сейчас широко используется в квантовых вычислениях.

Источники:

sciencedaily.com

Материалы предоставлены Университетом Суррея.

Priya Sharma, Jens Koch, Eran Ginossar. Towards a micromechanical qubit based on quantized oscillations in superfluid helium. npj Quantum Information, 2026; DOI: 10.1038/s41534-026-01355-3