Deze chip van ETH Zürich slaat quantum-informatie op als microscopische trillingen — en dat is een wereldprimeur

De transmon voert poorten uit op de mechanische toestanden via iSWAP-operaties en de Jaynes-Cummings interactie, met een gemeten koppelsterkte van g/2π = 296 kHz . Een belangrijke vernieuwing is een nieuw protocol voor snelle gecontroleerde willekeurige-fase (Cϕ) twee-qubit-poorten, bereikt via off-resonante qubit-resonator interacties. De auteurs denken dat dit protocol overdraagbaar is naar andere fysieke platforms .

Demonstratie: echte quantumalgoritmes draaien

Het team demonstreerde een universele poortset – bestaande uit één-qubit-poorten en gecontroleerde willekeurige-fase-poorten – en gebruikte die om twee benchmarkalgoritmes uit te voeren :

• Quantum Fourier Transform (QFT): Een ideale test voor deze architectuur omdat QFT willekeurige gecontroleerde-fase-poorten en volledige qubit-connectiviteit vereist. De lange coherentietijden van de HBAR-fononmodes waren vooral voordelig tijdens rustperiodes in het algoritme .
• Quantum Period Finding (QPF): Een kernsubroutine van Shor's algoritme voor het ontbinden van getallen, ook succesvol gedraaid op het systeem .

De poortfideliteit kwam goed overeen met simulaties die rekening hield met fouten bij toestandsvoorbereiding en -meting en iSWAP-infideliteiten .

Betekenis: waarom mechanisch geheugen ertoe doet

Dit werk is de eerste demonstratie van een programmeerbare, universele quantumcomputerarchitectuur die gebruikmaakt van mechanische resonatoren . Het belang ervan zit in een aantal voordelen ten opzichte van conventioneel elektromagnetisch geheugen:

• Compactheid en opslagdichtheid: Elektromagnetische quantumgeheugens – golfgeleiderresonatoren, 3D-holtes – zijn omvangrijk en bieden beperkte modustoegang. Een enkele HBAR-chip verpakt een groot aantal zeer coherente harmonische modi in een veel kleinere footprint .
• Stabiliteit en coherentie: De mechanische (fonon) modi hebben lange intrinsieke coherentietijden, waardoor ze zeer geschikt zijn voor tijdelijke opslag van quantuminformatie .
• Een pad naar quantum-RAM: De auteurs stellen expliciet dat deze resultaten "de weg vrijmaken voor het gebruik van mechanische systemen om cruciale componenten voor toekomstige quantumtechnologieën te bouwen, zoals quantum-random-access-geheugens" .

Huidige beperkingen

De demonstratie is momenteel beperkt in processorgrootte door het aantal fononmodi dat kan interageren met de enkele transmon-qubit. Het ETH Zürich-team werkt actief aan het verbeteren van coherentietijden, het verkennen van verschillende hybride architectuurontwerpen en het versnellen van de uitlezing van de transmon-toestand .

Kortom: De ETH Zürich-chip bewijst dat een hybride systeem met een supergeleidende qubit en mechanisch (fonon) geheugen echte quantumalgoritmes kan uitvoeren. Het vestigt mechanische resonatoren als een veelbelovende route naar compacte, hoog-coherente quantumgeheugens die de ruimte- en connectiviteitslimieten van hun elektromagnetische tegenhangers overwinnen.