ETH Zurich buduje kwantowy chip, który zapisuje informacje jako mikroskopijne drgania

Transmon wykonuje operacje bramkowe na stanach mechanicznych za pomocą operacji iSWAP i oddziaływania Jaynesa-Cummingsa, z zmierzoną siłą sprzężenia g/2π = 296 kHz . Kluczową innowacją jest nowy protokół szybkich, kontrolowanych bramek dwukubitowych ze zmienną fazą (Cϕ), realizowany poprzez oddziaływanie kubita z rezonatorem poza rezonansem. Autorzy uważają, że protokół ten można przenieść na inne platformy fizyczne .

Demonstracja: wykonanie prawdziwych algorytmów kwantowych

Zespół zademonstrował uniwersalny zestaw bramek – składający się z bramek jednokubitowych i kontrolowanych bramek ze zmienną fazą – i wykorzystał go do wykonania dwóch benchmarkowych algorytmów :

• Kwantowa Transformacja Fouriera (QFT): Idealny test dla tej architektury, ponieważ QFT wymaga dowolnych bramek ze zmienną fazą i pełnej łączności kubitów. Długie czasy koherencji fononowych modów HBAR były szczególnie korzystne podczas okresów bezczynności w algorytmie .
• Kwantowe znajdowanie okresu (QPF): Podstawowa podprocedura algorytmu Shora do faktoryzacji liczb całkowitych, również z powodzeniem uruchomiona na tym systemie .

Wierności bramek były zgodne z symulacjami uwzględniającymi błędy przygotowania stanu i pomiaru oraz niedoskonałości bramek iSWAP .

Znaczenie: dlaczego pamięć mechaniczna ma znaczenie

Ta praca jest pierwszą demonstracją programowalnej, uniwersalnej architektury komputerów kwantowych wykorzystującej rezonatory mechaniczne . Jej znaczenie wynika z kluczowych zalet w porównaniu z konwencjonalną pamięcią elektromagnetyczną:

• Kompaktowość i gęstość przechowywania: Elektromagnetyczne pamięci kwantowe – rezonatory z falowodami koplanarnymi, wnęki 3D – są nieporęczne i oferują ograniczony dostęp do modów. Pojedynczy chip HBAR mieści dużą liczbę wysoce koherentnych modów harmonicznych na znacznie mniejszej powierzchni .
• Stabilność i koherencja: Mechaniczne mody (fononowe) charakteryzują się długimi wewnętrznymi czasami koherencji, co czyni je idealnymi do tymczasowego przechowywania informacji kwantowej .
• Droga do kwantowej pamięci RAM: Autorzy wprost stwierdzają, że wyniki te "torują drogę do wykorzystania układów mechanicznych do budowy kluczowych komponentów dla przyszłych technologii kwantowych, takich jak kwantowe pamięci o dostępie swobodnym" .

Aktualne ograniczenia

Obecnie demonstracja jest ograniczona pod względem rozmiaru procesora przez liczbę modów fononowych, które mogą oddziaływać z pojedynczym kubitem transmon. Zespół z ETH Zurich aktywnie pracuje nad poprawą czasów koherencji, badaniem różnych projektów architektury hybrydowej i przyspieszeniem odczytu stanu transmonu .

Najważniejsze: Chip ETH Zurich dowodzi, że hybrydowy system wykorzystujący nadprzewodzący kubit z mechaniczną (fononową) pamięcią może uruchamiać rzeczywiste algorytmy kwantowe. Ustanawia to rezonatory mechaniczne jako realną ścieżkę do kompaktowych, wysoce koherentnych pamięci kwantowych, które pokonują ograniczenia przestrzeni i łączności swoich elektromagnetycznych odpowiedników.