این کیوبیت جدید می تواند 100 برابر کمتر در معرض خطا در پیشرفت محاسبات کوانتومی فوق سیال باشد.

این مفهوم از هلیوم ابر سیال، شکلی از هلیوم با ویژگی‌های کوانتومی غیرمعمول، برای ایجاد کیوبیتی استفاده می‌کند که ممکن است نسبت به برخی از اختلالاتی که رایانه‌های کوانتومی پیشرو امروزی را مبتلا می‌کنند، حساسیت کمتری داشته باشد.

چرا کامپیوترهای کوانتومی با خطاها دست و پنجه نرم می کنند؟

رایانه‌های کوانتومی برای ذخیره و پردازش اطلاعات به روش‌هایی که رایانه‌های معمولی نمی‌توانند، به کیوبیت‌ها متکی هستند. بسیاری از سیستم‌های مدرن از مدارهای ابررسانا استفاده می‌کنند، اما نسبت به نویزهای الکترومغناطیسی و بارهای الکتریکی سرگردان بسیار حساس هستند – مشابه الکتریسیته ساکن که می‌تواند باعث چسبیدن مو به بالون شود.

حتی اغتشاشات بسیار کوچک می توانند اطلاعات کوانتومی شکننده ذخیره شده در کیوبیت را مختل کنند. با اضافه شدن کیوبیت های بیشتر، کنترل این خطاها به طور فزاینده ای دشوار می شود و مقیاس پذیری را به یکی از چالش های اصلی در محاسبات کوانتومی تبدیل می کند.

در مطالعه ای که در اطلاعات کوانتومی npjمحققان گروه علوم کوانتومی Surrey رویکرد متفاوتی را که پیرامون هلیوم-3 ابر سیال ساخته شده است، توصیف می‌کنند – شکل غیرمعمولی از هلیوم مایع که می‌تواند بدون اصطکاک جریان داشته باشد.

دستگاه پیشنهادی آنها به نام دستگاه کوانتومی نوسانگر هلیوم سوپر سیال (SHOQ) از هلیوم ابرسیال خنثی استفاده می کند. از آنجایی که هلیوم بار الکتریکی حمل نمی کند، طراحی به طور طبیعی می تواند از انواع خاصی از نویزهای الکترومغناطیسی محافظت شود.

کیوبیت با نرخ خطای پیش‌بینی‌شده بسیار پایین‌تر

به گفته محققان، این اولین طراحی کیوبیت مبتنی بر ابر سیال گزارش شده است. محاسبات آن‌ها نشان می‌دهد که دستگاه SHOQ می‌تواند نسبت به کیوبیت‌های ابررسانا معمولی، نرخ خطای 100 برابر کمتر داشته باشد.

دکتر پریا شارما، عضو دافنه جکسون در سیستم‌های کوانتومی ترکیبی در دانشکده ریاضی و فیزیک دانشگاه ساری و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت:

ما اولین کسی نیستیم که به تک تک اجزای پشت این ایده فکر می‌کنیم، اما کاری که برای اولین بار انجام داده‌ایم این است که آنها را در یک دستگاه میکروسیال گرد هم آورده و جزئیات خاصی را که می‌تواند به دستگاه اجازه می‌دهد به عنوان کیوبیت عمل کند، بررسی کنیم.

“ریاضیات به ما می گوید که باید کار کند. ما آنچه را که قبلاً در مورد هلیوم ابرسیال و فناوری کوانتومی می دانیم برداشته ایم و آن را به یک طرح آموزش دیده با پارامترها و مشخصات مورد نیاز برای ساخت آن تبدیل کرده ایم. قدم بعدی ساخت یک نمونه اولیه و آزمایش آن پیش بینی ها است.”

به جای جایگزینی سخت افزار محاسباتی کوانتومی موجود، محققان می گویند دستگاه SHOQ می تواند به طور بالقوه با فناوری کوانتومی ابررسانا ادغام شود.

این می تواند به انواع مختلف کیوبیت ها اجازه دهد تا وظایف مختلفی را در یک سیستم انجام دهند، بسته به نقاط قوتشان.

نقش احتمالی به عنوان حافظه کوانتومی

یک امکان طولانی مدت استفاده از دستگاه SHOQ به عنوان نوعی حافظه کوانتومی است. در این تنظیمات، یک کیوبیت مبتنی بر ابر سیال می‌تواند اطلاعات کوانتومی را در حالی که سخت‌افزارهای دیگر محاسبات را انجام می‌دهند، ذخیره کند.

دکتر اران گینوسار، دانشیار دپارتمان فیزیک و موسسه فناوری پیشرفته در دانشگاه سوری و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت:

ما لزوماً برای انجام همه کارها به یک نوع کیوبیت نیاز نداریم. ترکیب فناوری‌های کوانتومی مختلف می‌تواند به ما این امکان را بدهد که از نقاط قوت هر کدام استفاده کنیم.»

هلیوم ابر سیال نوع اساسی متفاوتی از سخت افزار کوانتومی را برای کاوش به ما می دهد. اگر عملکرد پیش بینی شده را بتوان به صورت تجربی نشان داد، در نهایت می تواند در کنار فناوری های ابررسانای موجود به عنوان بخشی از یک سیستم کوانتومی بزرگتر کار کند.

مرحله بعدی ساخت یک نمونه اولیه است

این تیم اکنون قصد دارد یک نمونه اولیه بسازد تا بفهمد آیا عملکرد پیش بینی شده می تواند در یک دستگاه واقعی تکرار شود یا خیر. این تلاش توسط بورسیه تجاری سازی IAA که به دکتر پریا شارما اعطا شده است، پشتیبانی می شود.

دستگاه SHOQ باید در دماهای بسیار پایین کار کند، اما محققان قبلاً در آزمایش‌های قبلی مربوط به ابر سیال هلیوم-3 به شرایط لازم دست یافته بودند.

این پروژه توسط دانشگاه ساری و با همکاری پروفسور ینس کخ از دانشگاه نورث وسترن در ایالات متحده رهبری شد. کخ یکی از محققانی بود که در توسعه ترانسمون، یک طرح کیوبیت ابررسانا که اکنون به طور گسترده در محاسبات کوانتومی استفاده می شود، مشارکت داشت.