Il computer quantistico a suono: il chip ibrido dell’ETH di Zurigo che usa vibrazioni meccaniche per immagazzinare dati

Il transmon esegue porte logiche sugli stati meccanici utilizzando operazioni iSWAP e l’interazione Jaynes-Cummings, con una forza di accoppiamento misurata di g/2π = 296 kHz . Un’innovazione chiave è un nuovo protocollo per porte logiche a due qubit a fase arbitraria controllata (Cϕ) veloci, ottenute tramite interazioni qubit-risonatore fuori risonanza. Gli autori ritengono che questo protocollo sia trasferibile ad altre piattaforme fisiche .

Dimostrazione: esecuzione di veri algoritmi quantistici

Il team ha dimostrato un set universale di porte logiche — comprendente porte a qubit singolo e porte a fase arbitraria controllata — e lo ha utilizzato per eseguire due algoritmi di riferimento :

• Trasformata di Fourier Quantistica (QFT): un test ideale per questa architettura perché la QFT richiede porte a fase arbitraria controllata e connettività completa tra i qubit. I lunghi tempi di coerenza dei modi fononici dell’HBAR sono stati particolarmente vantaggiosi durante i periodi di inattività nell’algoritmo .
• Ricerca del Periodo Quantistica (QPF): una subroutine fondamentale dell’algoritmo di Shor per la fattorizzazione di interi, anch’essa eseguita con successo sul sistema .

Le fedeltà delle porte erano in buon accordo con le simulazioni che tenevano conto degli errori di preparazione e misurazione dello stato e delle infedeltà delle porte iSWAP .

Significato: perché una memoria meccanica è importante

Questo lavoro è la prima dimostrazione di un’architettura di calcolo quantistico programmabile e general-purpose che utilizza risonatori meccanici . La sua importanza deriva da vantaggi chiave rispetto alla memoria elettromagnetica convenzionale:

• Compattezza e densità di archiviazione: le memorie quantistiche elettromagnetiche — risonatori a guida d’onda coplanare, cavità 3D — sono ingombranti e offrono un accesso limitato ai modi. Un singolo chip HBAR racchiude un gran numero di modi armonici altamente coerenti in un ingombro molto ridotto .
• Stabilità e coerenza: i modi meccanici (fononici) presentano tempi di coerenza intrinseci lunghi, rendendoli particolarmente adatti per l’archiviazione temporanea di informazioni quantistiche .
• Una strada verso la RAM quantistica: gli autori dichiarano esplicitamente che questi risultati “spianano la strada all’uso di sistemi meccanici per costruire componenti cruciali per le future tecnologie quantistiche, come le memorie ad accesso casuale quantistiche” .

Limitazioni attuali

La dimostrazione è attualmente limitata nella dimensione del processore dal numero di modi fononici che possono interagire con il singolo qubit transmon. Il team dell’ETH di Zurigo sta lavorando attivamente per migliorare i tempi di coerenza, esplorare progetti di architetture ibride diverse e accelerare la lettura dello stato del transmon .

In conclusione: il chip dell’ETH di Zurigo dimostra che un sistema ibrido che utilizza un qubit superconduttore con memoria meccanica (fononica) può eseguire veri algoritmi quantistici. Stabilisce i risonatori meccanici come una via percorribile per memorie quantistiche compatte e ad alta coerenza che superano i limiti di spazio e connettività delle loro controparti elettromagnetiche.