英国萨里大学的研究人员提出了一种全新类型的量子比特，有望帮助解决量子计算领域最大的障碍之一：在系统规模扩大时保持较低的错误率。
该概念利用超流氦——一种具有特殊量子特性的氦形态——来构建一种量子比特，这种量子比特可能对当前主流量子计算机中影响系统稳定性的多种干扰因素具有更低的敏感度。
量子计算机为何难以克服错误
量子计算机依靠量子比特以传统计算机无法实现的方式存储和处理信息。目前许多系统使用超导电路，但这类电路对电磁噪声和杂散电荷高度敏感——类似于气球摩擦头发产生静电的现象。
即便是极其微小的干扰，也可能破坏量子比特中存储的脆弱量子信息。随着量子比特数量的增加，控制这些错误变得愈发困难，这使得可扩展性成为量子计算领域的核心挑战之一。
在发表于《npj量子信息》期刊的一项研究中，来自萨里大学量子科学小组的研究人员描述了一种基于超流氦-3的不同方法——这是一种能够实现无摩擦流动的特殊液态氦形态。
他们提出的设备被称为"超流氦振荡器量子"（SHOQ）设备，将使用电中性的超流氦。由于氦不携带电荷，该设计可能天然地免受某些类型电磁噪声的影响。
预测错误率大幅降低的量子比特
研究人员表示，这是首个基于超流体构建的量子比特设计方案。他们的计算结果显示，SHOQ设备的错误率可能比传统超导量子比特低约100倍。
萨里大学数理学院混合量子系统达芙妮·杰克逊研究员、该研究第一作者普里亚·夏尔马博士表示：
"我们并非最早考虑这一想法背后各个组成部分的人，但我们首次将这些要素整合到一个微流体设备中，并计算出了使该设备能够作为量子比特运行所需的具体细节。
"数学计算告诉我们，这应该能够实现。我们利用已有的超流氦和量子技术知识，将其转化为一种经过深思熟虑的设计方案，确定了制造该设备所需的参数和规格。下一步是制作原型机，并对这些预测进行实际验证。"
研究人员表示，SHOQ设备并非要取代现有的量子计算硬件，而是有可能与现有的超导量子技术相结合。
这样一来，不同类型的量子比特可以根据各自的优势，在同一系统中承担不同的任务。
作为量子存储器的潜在角色
一个较长远的可能性是将SHOQ设备用作一种量子存储器。在这种配置下，基于超流体的量子比特可以用于存储量子信息，而其他硬件则负责执行计算任务。
萨里大学物理与先进技术研究所副教授、该研究合著者埃兰·吉诺萨尔博士表示：
"我们不一定需要一种量子比特来完成所有任务。结合不同的量子技术，可以让我们充分利用各自的优势。
"超流氦为我们提供了一种从根本上不同的量子硬件探索方向。如果预测的性能能够通过实验得到验证，它最终可能与现有的超导技术协同工作，成为更大规模量子系统的一部分。"
下一步：制造原型机
研究团队现计划制造一个原型机，以验证预测的性能能否在真实设备中得到复现。这项工作得到了授予普里亚·夏尔马博士的IAA商业化研究员基金的支持。
SHOQ设备需要在极低温条件下运行，但研究人员在此前涉及超流氦-3的实验中已经达到了所需的条件。
该项目由萨里大学主导，并与美国西北大学的詹斯·科赫教授合作开展。科赫曾参与研发transmon——一种目前被广泛应用于量子计算领域的超导量子比特设计。
Q&A
Q1：SHOQ设备是什么？
A：SHOQ（超流氦振荡器量子）设备是萨里大学研究人员提出的一种全新量子比特设计，利用超流氦-3构建，由于氦不携带电荷，可能天然免受某些电磁噪声干扰，从而降低量子计算中的错误率。
Q2：SHOQ设备的错误率比传统量子比特低多少？
A：根据研究人员的计算，SHOQ设备的错误率可能比传统超导量子比特低约100倍，这为解决量子计算可扩展性难题提供了新思路。
Q3：SHOQ设备会取代现有的超导量子计算硬件吗？
A：不会。研究人员表示，SHOQ设备并非要取代现有硬件，而是有可能与超导量子技术相结合，让不同类型的量子比特根据各自优势承担不同任务，甚至可作为量子存储器使用。