Швейцарские физики создали первый программируемый квантовый компьютер на механических резонаторах

Трансмон выполняет логические операции над механическими состояниями с помощью iSWAP-операций и взаимодействия Джейнса-Каммингса. Измеренная сила связи составляет g/2π = 296 кГц . Ключевое новшество — новый протокол быстрых управляемых произвольных двухкубитных вентилей (Cϕ), реализованный через нерезонансные взаимодействия кубита с резонатором. Авторы полагают, что этот протокол может быть перенесен на другие физические платформы .

Демонстрация: выполнение реальных квантовых алгоритмов

Команда продемонстрировала универсальный набор вентилей — включая однокубитные и управляемые произвольные фазовые вентили — и использовала его для выполнения двух эталонных алгоритмов :

• Квантовое преобразование Фурье (QFT): Идеальный тест для данной архитектуры, так как QFT требует произвольных управляемых фазовых вентилей и полной связности кубитов. Длительное время когерентности фононных мод HBAR было особенно выгодно в периоды ожидания алгоритма .
• Поиск квантового периода (QPF): Ключевая подпрограмма алгоритма Шора для факторизации целых чисел, также успешно выполненная на этой системе .

Точность выполнения вентилей хорошо согласуется с моделированием, учитывающим ошибки подготовки и измерения состояний, а также неидеальность iSWAP-операций .

Значение: почему механическая память важна

Эта работа — первая демонстрация программируемой универсальной квантовой вычислительной архитектуры на основе механических резонаторов . Ее значимость обусловлена ключевыми преимуществами перед обычной электромагнитной памятью:

• Компактность и плотность хранения: Электромагнитная квантовая память — резонаторы на копланарных волноводах, 3D-резонаторы — громоздки и имеют ограниченный доступ к модам. Один чип HBAR вмещает большое количество высококогерентных гармонических мод на гораздо меньшей площади .
• Стабильность и когерентность: Механические (фононные) моды обладают длительным внутренним временем когерентности, что делает их идеальными для временного хранения квантовой информации .
• Путь к квантовой RAM: Авторы прямо заявляют, что эти результаты «открывают путь к использованию механических систем для создания ключевых компонентов будущих квантовых технологий, таких как квантовая оперативная память» .

Текущие ограничения

В настоящее время демонстрация ограничена размером процессора — количеством фононных мод, которые могут взаимодействовать с одним трансмон-кубитом. Команда ETH Zurich активно работает над увеличением времени когерентности, изучает различные варианты гибридной архитектуры и ускоряет считывание состояния трансмон-кубита .

Итог: Чип ETH Zurich доказывает, что гибридная система, использующая сверхпроводящий кубит с механической (фононной) памятью, способна выполнять реальные квантовые алгоритмы. Это устанавливает механические резонаторы как жизнеспособный путь к созданию компактной квантовой памяти с высокой когерентностью, преодолевающей ограничения по пространству и связности, присущие электромагнитным аналогам.