Das Transmon führt Gatter auf den mechanischen Zuständen mittels iSWAP-Operationen und der Jaynes-Cummings-Wechselwirkung aus, mit einer gemessenen Kopplungsstärke von g/2π = 296 kHz . Eine Schlüsselinnovation ist ein neues Protokoll für schnelle, frei wählbare Zwei-Qubit-Gatter (Cϕ), das über nicht-resonante Qubit-Resonator-Wechselwirkungen realisiert wird. Die Autoren sind überzeugt, dass dieses Protokoll auf andere physikalische Plattformen übertragbar ist .
Das Team demonstrierte einen universellen Gattersatz – bestehend aus Ein-Qubit-Gattern und frei wählbaren Zwei-Qubit-Gattern – und nutzte ihn für zwei Benchmark-Algorithmen :
Die Gatter-Fidelitäten stimmten gut mit Simulationen überein, die Fehler bei der Zustandsvorbereitung und -messung sowie iSWAP-Ungenauigkeiten berücksichtigten .
Diese Arbeit ist der erste Nachweis einer programmierbaren, universellen Quantencomputer-Architektur auf Basis mechanischer Resonatoren . Ihre Bedeutung ergibt sich aus entscheidenden Vorteilen gegenüber herkömmlichen elektromagnetischen Speichern:
Die Demonstration ist derzeit in der Prozessorgröße durch die Anzahl der Phononenmoden begrenzt, die mit dem einzelnen Transmon-Qubit interagieren können. Das Team der ETH Zürich arbeitet aktiv an der Verbesserung der Kohärenzzeiten, erforscht verschiedene hybride Architekturdesigns und beschleunigt das Auslesen des Transmon-Zustands .
Fazit: Der Chip der ETH Zürich beweist, dass ein Hybridsystem aus einem supraleitenden Qubit mit mechanischem (Phononen-)Speicher echte Quantenalgorithmen ausführen kann. Er etabliert mechanische Resonatoren als gangbaren Weg zu kompakten, hochkohärenten Quantenspeichern, die die Platz- und Konnektivitätsgrenzen ihrer elektromagnetischen Pendants überwinden.