Cip Kuantum Hibrid ETH Zurich: Pemproses Superkonduksi, Memori Getaran Mekanikal

Transmon melaksanakan get pada keadaan mekanikal menggunakan operasi iSWAP dan interaksi Jaynes-Cummings, dengan kekuatan gandingan yang diukur pada g/2π = 296 kHz . Satu inovasi utama ialah protokol baharu untuk get dua-qubit fasa-arbitrar terkawal (Cϕ) yang pantas, dicapai melalui interaksi qubit-resonator di luar resonans. Penulis percaya protokol ini boleh dipindahkan ke platform fizikal lain .

Demonstrasi: Menjalankan Algoritma Kuantum Sebenar

Pasukan ini menunjukkan set get universal—merangkumi get qubit tunggal dan get fasa-arbitrar terkawal—dan menggunakannya untuk melaksanakan dua algoritma penanda aras :

• Quantum Fourier Transform (QFT): Ujian yang ideal untuk seni bina ini kerana QFT memerlukan get fasa-arbitrar terkawal dan ketersambungan qubit penuh. Masa koheren yang panjang bagi mod fonon HBAR amat berfaedah semasa tempoh terbiar dalam algoritma .
• Quantum Period Finding (QPF): Subrutin teras algoritma Shor untuk pemfaktoran integer, juga berjaya dijalankan pada sistem ini .

Ketepatan get adalah selaras dengan simulasi yang mengambil kira ralat penyediaan-dan-pengukuran keadaan serta ketidaktepatan iSWAP .

Kepentingan: Mengapa Memori Mekanikal Penting

Kerja ini adalah demonstrasi pertama seni bina pengkomputeran kuantum boleh atur cara tujuan am menggunakan resonator mekanikal . Kepentingannya berpunca daripada kelebihan utama berbanding memori elektromagnet konvensional:

• Kekompakan dan ketumpatan storan: Memori kuantum elektromagnet—resonator pandu gelombang satah, rongga 3D—adalah besar dan menawarkan akses mod yang terhad. Satu cip HBAR tunggal membungkus sejumlah besar mod harmonik yang sangat koheren dalam jejak yang jauh lebih kecil .
• Kestabilan dan koheren: Mod mekanikal (fonon) mempunyai masa koheren intrinsik yang panjang, menjadikannya sangat sesuai untuk penyimpanan maklumat kuantum sementara .
• Laluan ke RAM kuantum: Penulis secara eksplisit menyatakan bahawa keputusan ini "membuka jalan ke arah penggunaan sistem mekanikal untuk membina komponen penting untuk teknologi kuantum masa depan, seperti memori capaian rawak kuantum" .

Had Semasa

Demonstrasi ini kini terhad dari segi saiz pemproses oleh bilangan mod fonon yang boleh berinteraksi dengan qubit transmon tunggal. Pasukan ETH Zurich sedang giat berusaha untuk menambah baik masa koheren, meneroka reka bentuk seni bina hibrid yang berbeza, dan mempercepatkan pembacaan keadaan transmon .

Kesimpulan: Cip ETH Zurich membuktikan bahawa sistem hibrid yang menggunakan qubit superkonduksi dengan memori mekanikal (fonon) boleh menjalankan algoritma kuantum sebenar. Ia menetapkan resonator mekanikal sebagai laluan yang boleh dilaksanakan ke arah memori kuantum padat dan koheren tinggi yang mengatasi had ruang dan ketersambungan rakan elektromagnet mereka.