ETH Zurich cria processador quântico que armazena dados como vibrações mecânicas

O transmon executa portas lógicas nos estados mecânicos usando operações iSWAP e a interação Jaynes-Cummings, com uma força de acoplamento medida de g/2π = 296 kHz . Uma inovação chave é um novo protocolo para portas lógicas rápidas de dois qubits com fase arbitrária controlada (Cϕ), alcançado via interações qubit-ressonador fora da ressonância. Os autores acreditam que este protocolo é transferível para outras plataformas físicas .

Demonstração: executando algoritmos quânticos reais

A equipe demonstrou um conjunto universal de portas — incluindo portas de um único qubit e portas com fase arbitrária controlada — e o usou para executar dois algoritmos de referência :

• Transformada Quântica de Fourier (QFT): um teste ideal para esta arquitetura, pois a QFT exige portas com fase arbitrária controlada e conectividade total entre qubits. Os longos tempos de coerência dos modos de fônon do HBAR foram especialmente vantajosos durante os períodos ociosos do algoritmo .
• Busca de Período Quântico (QPF): uma sub-rotina central do algoritmo de Shor para fatoração de inteiros, também executada com sucesso no sistema .

As fidelidades das portas estavam em boa concordância com simulações que consideravam erros de preparação e medição de estado e infidelidades do iSWAP .

Significado: por que a memória mecânica é importante

Este trabalho é a primeira demonstração de uma arquitetura de computação quântica programável e de uso geral que usa ressonadores mecânicos . Sua importância decorre de vantagens-chave em relação à memória eletromagnética convencional:

• Compacidade e densidade de armazenamento: memórias quânticas eletromagnéticas — ressonadores de guia de onda coplanar, cavidades 3D — são volumosas e oferecem acesso limitado a modos. Um único chip HBAR compacta um grande número de modos harmônicos altamente coerentes em um espaço muito menor .
• Estabilidade e coerência: os modos mecânicos (fônon) apresentam longos tempos de coerência intrínsecos, tornando-os adequados para armazenamento temporário de informação quântica .
• Um caminho para a RAM quântica: os autores afirmam explicitamente que estes resultados "abrem o caminho para o uso de sistemas mecânicos na construção de componentes cruciais para futuras tecnologias quânticas, como as memórias RAM quânticas de acesso aleatório" .

Limitações atuais

A demonstração está atualmente limitada em tamanho de processador pelo número de modos de fônon que podem interagir com o único qubit transmon. A equipe do ETH Zurich está trabalhando ativamente na melhoria dos tempos de coerência, explorando diferentes projetos de arquitetura híbrida e acelerando a leitura do estado do transmon .

Conclusão: o chip do ETH Zurich prova que um sistema híbrido usando um qubit supercondutor com memória mecânica (fônon) pode executar algoritmos quânticos reais. Ele estabelece os ressonadores mecânicos como um caminho viável para memórias quânticas compactas e de alta coerência que superam os limites de espaço e conectividade de suas contrapartes eletromagnéticas.