量子计算机通过量子比特（qubit）来存储和处理信息，展现出传统计算机无法比拟的优势。然而，许多现有的系统采用超导电路，这些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时产生的静电效应。
即使是极其微小的干扰，也足以破坏储存在量子比特中的脆弱量子信息。随着量子比特数量的增加，控制这些错误变得愈发困难，这也使得可扩展性成为了量子计算领域的中心挑战之一。
在近日发表于《npj Quantum Information》的一项研究中，萨里大学（University of Surrey）量子科学研究小组的科研人员描述了一种围绕超流氦-3构建的截然不同的大胆方法。超流氦是一种表现出不寻常量子特性的液态氦形式，能够无摩擦地流动。
他们所提出的创新设备被命名为超流氦振荡器量子（SHOQ）设备，该装置利用了电荷中性的超流氦。由于氦本身不携带任何电荷，这种设计能够天然地抵御某些特定类型的电磁噪声干扰。
预测错误率大幅降低的量子比特
研究人员指出，这是首个基于超流体报道的量子比特设计。他们的数学计算表明，SHOQ设备的错误率可能比传统的超导量子比特低约100倍。
萨里大学数学与物理学院混合量子系统达芙妮·杰克逊研究员、该研究的第一作者 Priya Sharma 博士表示：“我们并不是第一个思考这一构想背后各个独立组件的人，但我们首次将它们汇集在一个微流控设备中，并计算出了能让该设备作为量子比特运转的具体细节。”
“数学计算告诉我们它是行得通的。我们将已知的超流氦知识与量子技术相结合，转化成了一个经过科学论证的设计，并明确了构建它所需的参数和规格。下一步是制造一个原型机，并通过实验来检验这些预测。”
研究人员指出，SHOQ设备并非旨在彻底取代现有的量子计算硬件，而是有可能与超导量子技术进行集成。这将允许不同类型的量子比特在同一个系统内根据各自的优势执行不同的任务。
未来有望充当量子存储器
从更长远的角度来看，SHOQ设备的潜在应用之一是作为一种量子存储器。在这种配置下，基于超流体的量子比特可以负责存储量子信息，而其他硬件则并行执行复杂的计算任务。
该研究的共同作者、萨里大学物理系兼高级技术研究所副教授 Eran Ginossar 博士补充道：“我们并不一定需要某种单一类型的量子比特来完成所有工作。结合不同的量子技术，可以让我们充分利用每种技术的优势。”
“超流氦为我们提供了一种根本上不同的量子硬件去探索。如果这种预测性能能够在实验中得到证实，它最终可以作为更大规模量子系统的一部分，与现有的超导技术协同工作。”
下一步：构建实验原型机
目前，该研究团队正计划着手制造一个原型机，以验证预测的性能是否能够在真实设备中重现。这项工作得到了 Priya Sharma 博士所获得的 IAA 商业化奖学金的大力支持。
尽管SHOQ设备需要在极低温环境下运行，但研究人员在以往涉及超流氦-3的实验中，已经成功达到了所需的极端条件。
该项目由萨里大学主导，并与美国西北大学的 Jens Koch 教授合作完成。Koch 教授正是当年参与开发目前广泛应用于量子计算的超导量子比特设计——跨蒙（transmon）的核心研究人员之一。