إي تي إتش زيورخ تبتكر شريحة حاسوب كمومي تخزن المعلومات كاهتزازات ميكانيكية مجهرية

ينفذ كيوبت الترانزمون بوابات كمومية على الحالات الميكانيكية باستخدام عمليات iSWAP وتفاعل جينز-كومينغز، بقوة اقتران تُقدَّر بـ 296 كيلوهرتز . ويتمثل الابتكار الرئيسي في بروتوكول جديد للبوابات الثنائية الكيوبت سريعة التحكم ذات الطور التعسفي (Cϕ)، تُحقق عبر تفاعلات خارج الرنين بين الكيوبت والمرنان. ويعتقد الباحثون أن هذا البروتوكول قابل للنقل إلى منصات مادية أخرى .

الإنجاز: تشغيل خوارزميات كمومية حقيقية

أظهر الفريق مجموعة بوابات شاملة، تضم بوابات كيوبت مفرد وبوابات ثنائية ذات طور تعسفي، واستخدموها لتنفيذ خوارزميتين معياريّتين :

• تحويل فورييه الكمومي (QFT): اختبار مثالي لهذه البنية لأنها تتطلب بوابات ذات طور تعسفي وترابطاً كاملاً بين الكيوبتات. أتاحت أزمنة التماسك الطويلة للأنماط الفونونية ميزة خاصة أثناء فترات التوقف في الخوارزمية .
• إيجاد الدورة الكمومي (QPF): روتين أساسي في خوارزمية شور لتحليل الأعداد الصحيحة إلى عوامل أولية، وقد نُفِّذ بنجاح على النظام .

كانت دقة البوابات متوافقة بشكل جيد مع المحاكاة التي أخدت بعين الاعتبار أخطاء تحضير الحالة وقياسها وأخطاء عمليات iSWAP .

الأهمية: لمَ الذاكرة الميكانيكية مُهمة؟

هذا العمل هو أول عرض توضيحي لبنية حوسبة كمومية قابلة للبرمجة وذات أغراض عامة باستخدام مرنانات ميكانيكية . تكمن أهميته في المزايا الرئيسية التالية مقارنة بالذاكرة الكهرومغناطيسية التقليدية:

• الاكتناز وكثافة التخزين: ذاكرة الحوسبة الكمومية الكهرومغناطيسية - مرنانات خط النقل المستوي (coplanar waveguide resonators) والأجواف ثلاثية الأبعاد - كبيرة الحجم وتوفر وصولاً محدوداً للنمط. بينما تضم شريحة HBAR واحدة عدداً كبيراً من الأنماط التوافقية عالية التماسك في مساحة أصغر بكثير .
• الاستقرار والتماسك: تتميز الأنماط الميكانيكية (الفونونية) بأزمنة تماسك طويلة جوهرياً، مما يجعلها مناسبة تماماً للتخزين المؤقت للمعلومات الكمومية .
• طريق لذاكرة RAM كمومية: يذكر الباحثون صراحةً أن هذه النتائج "تمهد الطريق لاستخدام الأنظمة الميكانيكية في بناء مكونات حاسمة لتقنيات الكم المستقبلية، مثل ذاكرة الوصول العشوائي الكمومية" .

القيود الحالية

يقتصر العرض التوضيحي حالياً على عدد محدود من الأنماط الفونونية التي يمكنها التفاعل مع كيوبت الترانزمون المفرد. يعمل فريق إي تي إتش زيورخ بنشاط على تحسين أزمنة التماسك، واستكشاف تصاميم هجينة مختلفة، وتسريع عملية قراءة حالة كيوبت الترانزمون .

الخلاصة: تثبت رقاقة إي تي إتش زيورخ أن نظاماً هجيناً يستخدم كيوبتاً فائق التوصيل مع ذاكرة ميكانيكية (فونونية) يمكنه تشغيل خوارزميات كمومية حقيقية. إنها تؤسس للمرنانات الميكانيكية كمسار قابل للحياة نحو ذاكرة كمومية مدمجة عالية التماسك تتجاوز حدود المساحة والترابط في نظيراتها الكهرومغناطيسية.