Pesquisadores da Universidade de Surrey propuseram um novo tipo de qubit que poderia ajudar a resolver um dos maiores obstáculos da computação quântica: as taxas de erro diminuem à medida que os sistemas ficam maiores.
O conceito usa hélio superfluido, uma forma de hélio com propriedades quânticas incomuns, para criar um qubit que pode ser menos sensível a algumas das perturbações que afetam os principais computadores quânticos da atualidade.
Por que os computadores quânticos sofrem com erros?
Os computadores quânticos dependem de qubits para armazenar e processar informações de uma forma que os computadores convencionais não conseguem. Muitos sistemas atuais utilizam circuitos supercondutores, mas estes são altamente sensíveis ao ruído eletromagnético e às cargas elétricas dispersas – semelhantes à eletricidade estática que pode prender o cabelo a um balão.
Mesmo perturbações muito pequenas podem perturbar as delicadas informações quânticas armazenadas em um qubit. À medida que mais qubits são adicionados, esses erros tornam-se mais difíceis de controlar, tornando a escalabilidade um dos desafios centrais da computação quântica.
Num estudo publicado em informação quântica npjPesquisadores do Quantum Sciences Group de Surrey descrevem uma abordagem diferente construída em torno do superfluido hélio-3 – uma forma incomum de hélio líquido que pode fluir sem atrito.
O dispositivo proposto, denominado dispositivo Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ), usaria hélio superfluido com carga neutra. Como o hélio não tem carga elétrica, o projeto pode ser naturalmente protegido de certos tipos de ruído eletromagnético.
Um qubit com uma taxa de erro estimada muito baixa
Segundo os pesquisadores, este é o primeiro projeto relatado para um qubit baseado em superfluido. Seus cálculos mostram que o dispositivo SHOQ poderia ter uma taxa de erro cerca de 100 vezes menor do que os qubits supercondutores convencionais.
Dr. Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow em Sistemas Quânticos Híbridos na Escola de Matemática e Física da Universidade de Surrey e principal autor do estudo, disse:
“Não somos os primeiros a pensar nos componentes individuais por trás dessa ideia, mas o que fizemos pela primeira vez foi reuni-los em um dispositivo microfluídico e elaborar os detalhes específicos que podem permitir que o dispositivo funcione como um qubit.
“A matemática nos diz que deve funcionar. Pegamos o que já sabemos sobre hélio superfluido e tecnologias quânticas e transformamos em um projeto educado, incluindo os parâmetros e especificações necessários para construí-lo. O próximo passo é construir um protótipo e colocar essas previsões à prova.”
Em vez de substituir o hardware de computação quântica existente, os pesquisadores dizem que o dispositivo SHOQ poderia ser potencialmente integrado à tecnologia quântica supercondutora.
Isso poderia permitir que diferentes tipos de qubits executassem funções diferentes dentro do mesmo sistema, dependendo de sua força.
Um possível papel como memória quântica
Uma possibilidade de longo prazo é usar o dispositivo SHOQ como memória quântica. Nessa configuração, um qubit baseado em superfluido pode armazenar informações quânticas enquanto outro hardware realiza cálculos.
Aron Ginosar, professor associado do Departamento de Física e Instituto de Tecnologia Avançada da Universidade de Surrey e coautor do estudo, disse:
“Não precisamos de um tipo de qubit para fazer tudo. Ao combinar diferentes tecnologias quânticas, podemos aproveitar os pontos fortes de cada uma.
“O hélio superfluido nos dá um tipo fundamentalmente diferente de hardware quântico para explorar. Se o desempenho previsto puder ser demonstrado experimentalmente, ele poderá eventualmente funcionar com tecnologias supercondutoras existentes como parte de um sistema quântico maior.”
O próximo passo é construir um protótipo
A equipe agora planeja construir um protótipo para descobrir se o desempenho previsto pode ser reproduzido em um dispositivo real. Esse esforço está sendo apoiado por uma bolsa de comercialização da IAA concedida à Dra. Priya Sharma.
O dispositivo SHOQ precisaria operar em temperaturas extremamente baixas, mas os pesquisadores já alcançaram as condições necessárias em experimentos anteriores envolvendo o superfluido hélio-3.
O projeto foi liderado pela Universidade de Surrey em colaboração com o professor Jens Koch da Northwestern University, nos Estados Unidos. Koch foi um dos pesquisadores envolvidos no desenvolvimento do transmon – um projeto qubit supercondutor agora amplamente utilizado na computação quântica.
