ETH Zurich เปิดตัวชิปควอนตัมลูกผสม ใช้ ‘เสียง’ แทนไฟฟ้าเก็บข้อมูล ผ่านการทดสอบอัลกอริทึมสำคัญสำเร็จ

ทรานส์มอนใช้ iSWAP operations และ Jaynes-Cummings interaction ในการดำเนินการเกตบนสถานะทางกล โดยวัดค่าความแรงคัปปลิ้งได้ที่ g/2π = 296 kHz นวัตกรรมสำคัญคือโปรโตคอลใหม่สำหรับ controlled arbitrary-phase (Cϕ) two-qubit gates ที่รวดเร็ว ซึ่งทำได้ผ่าน off-resonant qubit–resonator interactions ทีมวิจัยเชื่อว่าโปรโตคอลนี้สามารถนำไปใช้กับแพลตฟอร์มทางกายภาพอื่น ๆ ได้

การสาธิต: การทำงานจริงของอัลกอริทึมควอนตัม

ทีมวิจัยสาธิต universal gate set ครบชุด (ประกอบด้วย single-qubit gates และ controlled arbitrary-phase gates) และใช้มันในการรันอัลกอริทึมเบนช์มาร์กสองตัว :

• Quantum Fourier Transform (QFT): เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถาปัตยกรรมนี้ เพราะ QFT ต้องใช้ arbitrary controlled-phase gates และ full qubit connectivity ความสเถียรที่ยาวนาน (coherence times) ของโฟนอนใน HBAR เป็นข้อได้เปรียบโดยเฉพาะในช่วงที่อัลกอริทึมหยุดทำงานชั่วคราว (idle periods)
• Quantum Period Finding (QPF): ซับรูทีนหลักของ Shor's algorithm สำหรับการแยกตัวประกอบจำนวนเต็ม สามารถทำงานบนระบบนี้ได้สำเร็จ

ค่า gate fidelities สอดคล้องกับการจำลองที่คำนึงถึง state-preparation-and-measurement errors และ iSWAP infidelities

ความสำคัญ: ทำไมหน่วยความจำแบบกลไกถึงสำคัญ

นี่เป็นครั้งแรกที่มีการสาธิตสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ควอนตัมแบบตั้งโปรแกรมได้และใช้งานทั่วไป (programmable, general-purpose) โดยใช้ mechanical resonator ความสำคัญของงานนี้มาจากข้อได้เปรียบเหนือหน่วยความจำควอนตัมแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าดั้งเดิม:

• ความกะทัดรัดและความหนาแน่นในการจัดเก็บ: หน่วยความจำควอนตัมแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (coplanar waveguide resonators, 3D cavities) มีขนาดใหญ่และเข้าถึงโหมดได้จำกัด ในทางตรงกันข้าม ชิป HBAR ตัวเดียวสามารถบรรจุโหมดฮาร์มอนิกที่สเถียรสูงจำนวนมากในพื้นที่ที่เล็กกว่ามาก
• ความเสถียรและความสเถียร (Coherence): โหมดเชิงกล (โฟนอน) มีเวลา coherence ที่ยาวนานโดยธรรมชาติ ทำให้เหมาะสำหรับการจัดเก็บข้อมูลควอนตัมชั่วคราว
• หนทางสู่ Quantum RAM: ผู้เขียนระบุอย่างชัดเจนว่าผลลัพธ์เหล่านี้ "ปูทางไปสู่การใช้ระบบเชิงกลในการสร้างส่วนประกอบสำคัญสำหรับเทคโนโลยีควอนตัมในอนาคต เช่น quantum random-access memories"

ข้อจำกัดในปัจจุบัน

การสาธิตนี้ยังถูกจำกัดด้วยขนาดของโปรเซสเซอร์ โดยขึ้นอยู่กับจำนวนโหมดโฟนอนที่สามารถทำงานร่วมกับทรานส์มอนควบิตเดี่ยวได้ ทีม ETH Zurich กำลังทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุง coherence time สำรวจการออกแบบสถาปัตยกรรมไฮบริดอื่น ๆ และเพิ่มความเร็วในการอ่านสถานะของทรานส์มอน

สรุป: ชิปของ ETH Zurich พิสูจน์ว่าระบบไฮบริดที่ใช้ควบิตยิ่งยวดกับหน่วยความจำเชิงกล (โฟนอน) สามารถรันอัลกอริทึมควอนตัมจริงได้ นี่เป็นการยืนยันว่า mechanical resonators เป็นเส้นทางที่ใช้การได้จริงในการสร้างหน่วยความจำควอนตัมที่กะทัดรัดและสเถียรสูง ซึ่งสามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านพื้นที่และความสามารถในการเชื่อมต่อของหน่วยความจำแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า