Este nuevo qubit podría ser 100 veces menos propenso a errores tras un avance en computación cuántica de superfluidos

El concepto utiliza helio superfluido, una forma de helio con propiedades cuánticas inusuales, para crear un cúbit que puede ser menos sensible a algunas de las perturbaciones que afectan a los principales ordenadores cuánticos actuales.

Por qué la computación cuántica lucha contra los errores

Los ordenadores cuánticos dependen de los cúbits para almacenar y procesar información de formas que los ordenadores convencionales no pueden. Muchos sistemas actuales utilizan circuitos superconductores, pero estos son muy sensibles al ruido electromagnético y a las cargas eléctricas dispersas, de forma similar a la electricidad estática que puede hacer que el pelo se pegue a un globo.

Incluso perturbaciones muy pequeñas pueden interrumpir la frágil información cuántica almacenada en un cúbit. A medida que se añaden más cúbits, el control de esos errores se vuelve cada vez más difícil, lo que convierte la escalabilidad en uno de los desafíos centrales de la computación cuántica.

En un estudio publicado en npj Quantum Information, investigadores del Quantum Sciences Group de Surrey describen un enfoque diferente basado en el helio-3 superfluido, una forma inusual de helio líquido que puede fluir sin fricción.

Su dispositivo propuesto, llamado dispositivo Superfluid Helium Oscillator Quantum (SHOQ), utilizaría helio superfluido con carga neutra. Dado que el helio no transporta carga eléctrica, el diseño podría estar protegido de forma natural frente a ciertos tipos de ruido electromagnético.

Un cúbit con tasas de error previstas mucho más bajas

Según los investigadores, este es el primer diseño reportado para un cúbit basado en un superfluido. Sus cálculos sugieren que el dispositivo SHOQ podría tener tasas de error unas 100 veces menores que los cúbits superconductores convencionales.

La Dra. Priya Sharma, Daphne Jackson Fellow en Hybrid Quantum Systems en la School of Mathematics and Physics de la University of Surrey, y autora principal del estudio, dijo:

"No somos los primeros en pensar en los componentes individuales detrás de esta idea, pero lo que hemos hecho por primera vez es reunirlos en un dispositivo microfluídico y elaborar los detalles específicos que podrían permitir que el dispositivo funcione como un cúbit.

"Las matemáticas nos dicen que debería funcionar. Hemos tomado lo que ya sabemos sobre el helio superfluido y las tecnologías cuánticas y lo hemos convertido en un diseño fundamentado, con los parámetros y especificaciones necesarios para construir uno. El siguiente paso es fabricar un prototipo y poner a prueba esas predicciones".

En lugar de reemplazar el hardware de computación cuántica existente, los investigadores dicen que el dispositivo SHOQ podría integrarse potencialmente con la tecnología cuántica superconductora.

Eso podría permitir que diferentes tipos de cúbits realicen diferentes tareas dentro del mismo sistema, dependiendo de sus fortalezas.

Un posible papel como memoria cuántica

Una posibilidad a más largo plazo es utilizar el dispositivo SHOQ como una forma de memoria cuántica. En esa configuración, un cúbit basado en superfluido podría almacenar información cuántica mientras otro hardware realiza los cálculos.

El Dr. Eran Ginossar, Profesor Asociado en el Department of Physics and Advanced Technology Institute de la University of Surrey, y coautor del estudio, dijo:

"No necesitamos necesariamente un tipo de cúbit para hacerlo todo. La combinación de diferentes tecnologías cuánticas podría permitirnos aprovechar las fortalezas de cada una.

"El helio superfluido nos ofrece un tipo de hardware cuántico fundamentalmente diferente para explorar. Si el rendimiento previsto puede demostrarse experimentalmente, eventualmente podría funcionar junto con las tecnologías superconductoras existentes como parte de un sistema cuántico más grande".

El siguiente paso es construir un prototipo

El equipo planea ahora construir un prototipo para descubrir si el rendimiento previsto puede reproducirse en un dispositivo real. Ese esfuerzo cuenta con el apoyo de una IAA Commercialisation Fellowship otorgada a la Dra. Priya Sharma.

El dispositivo SHOQ necesitaría funcionar a temperaturas extremadamente bajas, pero los investigadores ya han alcanzado las condiciones necesarias en experimentos previos que involucraban helio-3 superfluido.

El proyecto fue liderado por la University of Surrey en colaboración con el profesor Jens Koch de la Northwestern University en Estados Unidos. Koch fue uno de los investigadores involucrados en el desarrollo del transmon, un diseño de cúbit superconductor que ahora se utiliza ampliamente en la computación cuántica.