Quantencomputer haben ein Skalierungsproblem, das in Wahrheit ein Fehlerproblem ist: Supraleitende Qubits reagieren so empfindlich auf elektromagnetisches Rauschen und Streuladungen, dass die Erhaltung der Information zum beherrschenden Problem wird, je mehr Qubits zusammenkommen. Ein Team der University of Surrey hat nun ein Qubit vorgeschlagen, das für einen Teil dieses Rauschens konstruktionsbedingt taub ist.

Das in der Zeitschrift npj Quantum Information beschriebene Bauteil heißt Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ) Device und ist laut den Forschern das erste gemeldete Qubit-Design auf Basis einer Supraflüssigkeit. Es nutzt supraflüssiges Helium-3, eine reibungsfreie Quantenflüssigkeit, in einer mikrofluidischen Struktur. Weil das Helium ladungsneutral ist, ist das Qubit von Natur aus gegen die elektrischen Störungen geschützt, die supraleitende Schaltkreise plagen.

Die Berechnungen des Teams legen etwa 100-mal niedrigere Fehlerraten als bei herkömmlichen supraleitenden Qubits nahe. „Die Mathematik sagt uns, dass es funktionieren sollte. Wir haben unser Wissen über supraflüssiges Helium und Quantentechnologien in ein fundiertes Design mit den nötigen Parametern übersetzt", sagt Erstautorin Priya Sharma, Daphne-Jackson-Fellow für hybride Quantensysteme. „Der nächste Schritt ist ein Prototyp, mit dem wir diese Vorhersagen prüfen."

Die Forscher positionieren SHOQ nicht als Ersatz, sondern als Ergänzung: Es könne mit supraleitenden Qubits integriert werden — verschiedene Qubit-Typen für verschiedene Aufgaben — oder längerfristig als Quantenspeicher dienen, der Information hält, während andere Hardware rechnet. Co-Autor Eran Ginossar beschreibt die Arbeit als Erweiterung des Menüs an Quantenhardware statt als Küren eines Siegers. Das Projekt, das mit Jens Koch von der Northwestern University läuft, einem Mitentwickler des weit verbreiteten Transmon-Qubits, arbeitet mit Unterstützung eines IAA-Commercialisation-Fellowship auf einen physischen Prototyp hin.

Quellen