ETH Zürichs mekaniska kvantdator: Ett chip som använder ljud för att lagra kvantinformation

Transmonen utför grindoperationer på de mekaniska tillstånden med hjälp av iSWAP-funktioner och Jaynes-Cummings-interaktionen, med en uppmätt kopplingsstyrka på g/2π = 296 kHz . En viktig innovation är ett nytt protokoll för snabba kontrollerade godtycklig-fas (Cϕ) tvåkvantbitsgrindar, som uppnås via icke-resonanta qubit-resonator-interaktioner. Författarna tror att detta protokoll kan överföras till andra fysiska plattformar .

Demonstration: Riktiga kvantalgoritmer körs

Teamet demonstrerade en universell grinduppsättning – bestående av enkvantbitsgrindar och kontrollerade godtycklig-fas-grindar – och använde den för att köra två referensalgoritmer :

• Quantum Fourier Transform (QFT): Ett idealiskt test för denna arkitektur eftersom QFT kräver godtyckliga kontrollerade fasgrindar och full qubit-anslutning. De långa koherenstiderna hos HBAR:ens fononmoder var särskilt fördelaktiga under viloperioder i algoritmen .
• Quantum Period Finding (QPF): En central del av Shors algoritm för heltalsfaktorisering, som också kördes framgångsrikt på systemet .

Grindarnas kvalitet (fidelity) överensstämde väl med simuleringar som tog hänsyn till fel i tillståndsförberedelse och mätning samt iSWAP-fel .

Betydelse: Varför mekaniskt minne är viktigt

Detta arbete är den första demonstrationen av en programmerbar, generell kvantdatorarkitektur som använder mekaniska resonatorer . Dess betydelse grundar sig i flera viktiga fördelar jämfört med konventionellt elektromagnetiskt minne:

• Kompakthet och lagringstäthet: Elektromagnetiska kvantminnen – som coplanarvågledaresonatorer och 3D-hålrum – är skrymmande och har begränsad modåtkomst. En enda HBAR-chip rymmer ett stort antal mycket koherenta harmoniska moder i ett mycket mindre format .
• Stabilitet och koherens: De mekaniska (fonomiska) moderena har långa inneboende koherenstider, vilket gör dem väl lämpade för tillfällig lagring av kvantinformation .
• En väg till kvant-RAM: Författarna säger uttryckligen att resultaten "banar väg för att använda mekaniska system för att bygga avgörande komponenter för framtida kvantteknologier, såsom kvantminnen med direktåtkomst" .

Nuvarande begränsningar

Demonstrationen är för närvarande begränsad i processorstorlek av antalet fononmoder som kan interagera med den enda transmon-qubiten. ETH Zürich-teamet arbetar aktivt med att förbättra koherenstider, utforska olika hybridarkitekturer och snabba upp transmonens tillståndsavläsning .

Sammanfattning: ETH Zürich-chippet bevisar att ett hybridsystem med en supraledande qubit och mekaniskt (fonomiskt) minne kan köra riktiga kvantalgoritmer. Det etablerar mekaniska resonatorer som en livskraftig väg till kompakta kvantminnen med hög koherens som övervinner utrymmes- och anslutningsbegränsningarna hos elektromagnetiska motsvarigheter.