ETH Zurich : une puce quantique révolutionnaire utilise le son comme mémoire

Le transmon effectue des opérations logiques sur les états mécaniques en utilisant des opérations iSWAP et l'interaction de Jaynes-Cummings, avec une force de couplage mesurée de g/2π = 296 kHz . Une innovation clé est un nouveau protocole pour des portes rapides à deux qubits à phase arbitraire contrôlée (Cϕ), obtenu via des interactions qubit-résonateur hors résonance. Les auteurs estiment que ce protocole est transférable à d'autres plateformes physiques .

Démonstration : exécution d'algorithmes quantiques réels

L'équipe a démontré un ensemble universel de portes logiques (comprenant des portes à un qubit et des portes à phase arbitraire contrôlée) et les a utilisées pour exécuter deux algorithmes de référence :

• Transformée de Fourier quantique (QFT) : Un test idéal pour cette architecture car la QFT exige des portes à phase arbitraire contrôlée et une connectivité complète entre qubits. Les longs temps de cohérence des modes phononiques du HBAR ont été particulièrement avantageux pendant les périodes d'inactivité de l'algorithme .
• Recherche de périodes quantique (QPF) : Un sous-programme central de l'algorithme de Shor pour la factorisation d'entiers, également exécuté avec succès sur le système .

Les fidélités des portes étaient en bon accord avec les simulations qui prenaient en compte les erreurs de préparation et de mesure des états ainsi que les infidélités iSWAP .

Importance : pourquoi une mémoire mécanique est importante

Ces travaux sont la première démonstration d'une architecture d'ordinateur quantique programmable et généraliste utilisant des résonateurs mécaniques . Leur importance découle d'avantages clés par rapport à la mémoire électromagnétique conventionnelle :

• Compacité et densité de stockage : Les mémoires quantiques électromagnétiques (résonateurs à guide d'ondes coplanaire, cavités 3D) sont volumineuses et offrent un accès limité aux modes. Une seule puce HBAR contient un grand nombre de modes harmoniques hautement cohérents dans un encombrement beaucoup plus réduit .
• Stabilité et cohérence : Les modes mécaniques (phonons) présentent de longs temps de cohérence intrinsèques, ce qui les rend parfaitement adaptés au stockage temporaire d'informations quantiques .
• Une voie vers la RAM quantique : Les auteurs déclarent explicitement que ces résultats « ouvrent la voie à l'utilisation de systèmes mécaniques pour construire des composants cruciaux pour les futures technologies quantiques, telles que les mémoires à accès aléatoire quantiques » .

Limitations actuelles

La démonstration est actuellement limitée en taille de processeur par le nombre de modes phononiques qui peuvent interagir avec le seul qubit transmon. L'équipe de l'ETH Zurich travaille activement à l'amélioration des temps de cohérence, explore différentes conceptions d'architectures hybrides et cherche à accélérer la lecture de l'état du transmon .

En résumé : La puce de l'ETH Zurich prouve qu'un système hybride utilisant un qubit supraconducteur avec une mémoire mécanique (phononique) peut exécuter de véritables algorithmes quantiques. Elle établit les résonateurs mécaniques comme une voie viable vers des mémoires quantiques compactes et à haute cohérence, qui surmontent les limites d'espace et de connectivité de leurs homologues électromagnétiques.