ETH Zürichs kvantecomputer-brikke lagrer informasjon som mikroskopiske vibrasjoner

Transmonen utfører porter på de mekaniske tilstandene ved hjelp av iSWAP-operasjoner og Jaynes-Cummings-interaksjonen, med en målt koblingsstyrke på g/2π = 296 kHz . En sentral innovasjon er en ny protokoll for raske kontrollerte vilkårlig-fase (Cϕ) to-qubit-porter, oppnådd via ikke-resonante qubit-resonator-interaksjoner. Forfatterne mener protokollen kan overføres til andre fysiske plattformer .

Demonstrasjon: Kjører ekte kvantealgoritmer

Teamet demonstrerte et universelt portsett – bestående av enkelt-qubit-porter og kontrollerte vilkårlig-fase-porter – og brukte det til å utføre to benchmark-algoritmer :

• Quantum Fourier Transform (QFT): En ideell test for denne arkitekturen fordi QFT krever vilkårlige kontrollerte fase-porter og full qubit-konnektivitet. De lange koherenstidene til HBAR-fononmodene var spesielt fordelaktige under inaktive perioder i algoritmen .
• Quantum Period Finding (QPF): En kjernedelrutine i Shors algoritme for heltallsfaktorisering, også kjørt med suksess på systemet .

Porttroverdigheten var i god overensstemmelse med simuleringer som tok hensyn til feil i tilstandsforberedelse og måling samt iSWAP-utroverdighet .

Betydning: Hvorfor mekanisk minne betyr noe

Dette arbeidet er den første demonstrasjonen av en programmerbar, generell kvantecomputerarkitektur som bruker mekaniske resonatorer . Betydningen ligger i flere sentrale fordeler sammenlignet med konvensjonelt elektromagnetisk minne:

• Kompakthet og lagringstetthet: Elektromagnetiske kvanteminneenheter – coplanare bølgeleder-resonatorer, 3D-kaviteter – er klumpete og gir begrenset modetilgang. En enkelt HBAR-brikke rommer et stort antall svært koherente harmoniske moduser i et mye mindre fotavtrykk .
• Stabilitet og koherens: De mekaniske (fonon) modene har lange iboende koherenstider, noe som gjør dem godt egnet for midlertidig lagring av kvanteinformasjon .
• En vei til kvante-RAM: Forfatterne uttaler eksplisitt at disse resultatene "baner vei for å bruke mekaniske systemer til å bygge kritiske komponenter for fremtidens kvanteteknologi, som kvantetilfeldig tilgangsminner" .

Nåværende begrensninger

Demonstrasjonen er foreløpig begrenset i prosessorstørrelse av antall fononmoder som kan samhandle med den ene transmon-qubiten. ETH Zürich-teamet jobber aktivt med å forbedre koherenstider, utforske ulike hybridarkitekturdesign og øke hastigheten på transmon-tilstandsavlesning .

Bunnlinjen: ETH Zürich-brikken beviser at et hybridsystem med en superledende qubit og mekanisk (fonon) minne kan kjøre ekte kvantealgoritmer. Den etablerer mekaniske resonatorer som en levedyktig vei til kompakte, høykoherente kvanteminneenheter som overvinner plass- og konnektivitetsbegrensningene til sine elektromagnetiske motstykker.