El chip cuántico que 'escucha' la información: ETH Zurich almacena datos cuánticos como vibraciones microscópicas

El transmon realiza compuertas sobre los estados mecánicos utilizando operaciones iSWAP y la interacción Jaynes-Cummings, con una fuerza de acoplamiento medida de g/2π = 296 kHz . Una innovación clave es un nuevo protocolo para compuertas rápidas de dos qubits de fase arbitraria controlada (Cϕ), logrado mediante interacciones qubit-resonador fuera de resonancia. Los autores creen que este protocolo es transferible a otras plataformas físicas .

Demostración: ejecutando algoritmos cuánticos reales

El equipo demostró un conjunto universal de compuertas (que comprende compuertas de un solo qubit y compuertas de fase arbitraria controlada) y lo utilizó para ejecutar dos algoritmos de referencia :

• Transformada Cuántica de Fourier (QFT): Una prueba ideal para esta arquitectura porque la QFT exige compuertas de fase arbitraria controlada y conectividad completa de qubits. Los largos tiempos de coherencia de los modos de fonón del HBAR fueron especialmente ventajosos durante los periodos de inactividad en el algoritmo .
• Búsqueda de Periodos (QPF): Una subrutina central del algoritmo de Shor para la factorización de enteros, también ejecutada con éxito en el sistema .

Las fidelidades de las compuertas coincidieron bien con las simulaciones que tenían en cuenta los errores de preparación y medición del estado y las infidelidades de iSWAP .

Importancia: por qué es importante la memoria mecánica

Este trabajo es la primera demostración de una arquitectura de computación cuántica programable y de propósito general que utiliza resonadores mecánicos . Su importancia radica en las ventajas clave sobre la memoria electromagnética convencional:

• Compacidad y densidad de almacenamiento: Las memorias cuánticas electromagnéticas (resonadores de guía de onda coplanar, cavidades 3D) son voluminosas y ofrecen un acceso limitado a los modos. Un solo chip HBAR alberga una gran cantidad de modos armónicos altamente coherentes en una huella mucho más pequeña .
• Estabilidad y coherencia: Los modos mecánicos (fonones) presentan largos tiempos de coherencia intrínsecos, lo que los hace muy adecuados para el almacenamiento temporal de información cuántica .
• Un camino hacia la RAM cuántica: Los autores afirman explícitamente que estos resultados "allanan el camino para el uso de sistemas mecánicos en la construcción de componentes cruciales para futuras tecnologías cuánticas, como las memorias de acceso aleatorio cuánticas" .

Limitaciones actuales

La demostración está actualmente limitada en el tamaño del procesador por el número de modos de fonón que pueden interactuar con el único qubit transmon. El equipo del ETH Zurich está trabajando activamente para mejorar los tiempos de coherencia, explorando diferentes diseños de arquitectura híbrida y acelerando la lectura del estado del transmon .

Conclusión: El chip del ETH Zurich demuestra que un sistema híbrido que utiliza un qubit superconductor con memoria mecánica (fonones) puede ejecutar algoritmos cuánticos reales. Establece los resonadores mecánicos como una ruta viable hacia memorias cuánticas compactas y de alta coherencia que superan las limitaciones de espacio y conectividad de sus contrapartes electromagnéticas.