苏黎世联邦理工学院造出“声音量子芯片”：用微小振动存储量子信息，成功运行基准算法

Transmon量子比特利用iSWAP操作和Jaynes-Cummings相互作用对机械状态执行量子门运算，测得的耦合强度为 g/2π = 296 kHz 。该研究的另一项关键创新是提出了一种新协议，通过失谐的量子比特-谐振器相互作用，快速实现受控任意相位（Cϕ）双量子比特门。研究团队认为，这一协议具有普适性，可移植到其他物理平台 。

成果演示：运行真实量子算法

研究团队展示了包含单量子比特门和受控任意相位门在内的通用量子门集，并成功运行了两个基准算法 ：

• 量子傅里叶变换（QFT）： 该算法要求任意受控相位门和全量子比特连接，完美契合了此架构的特点。HBAR声子模式的长相干时间在算法空闲期间表现得尤为突出 。
• 量子周期查找（QPF）： 作为肖尔算法（Shor's algorithm）分解大整数因子的核心子程序，QPF也在该系统上成功运行 。

实验测得的门保真度与考虑了态制备与测量（SPAM）误差及iSWAP操作不保真度的模拟结果高度吻合 。

重要意义：机械内存为何如此关键

此项工作是首次在可编程通用量子计算架构中成功应用机械谐振器的证明 。与传统的电磁量子内存相比，其重要性体现在以下关键优势：

• 紧凑性与存储密度： 传统的电磁量子内存（如同轴波导谐振器、3D腔体）体积庞大且模式访问受限。而一片小小的HBAR芯片就能在极小空间内容纳大量高相干性的谐波模式 。
• 稳定性与相干性： 机械（声子）模式具有天然的长相干时间，非常适合用作临时量子信息存储器 。
• 通往量子RAM的道路： 研究作者明确指出，这些成果“为利用机械系统构建未来量子技术的关键部件（例如量子随机存取存储器）铺平了道路” 。

当前局限

目前，该演示的处理器规模受限于能与单个Transmon量子比特相互作用的声子模式数量。苏黎世联邦理工学院的团队正在积极致力于优化相干时间、探索不同的混合架构设计，并加快Transmon状态的读取速度 。

结论： 苏黎世联邦理工学院研制的这款芯片证明，使用超导量子比特作为处理器、搭配机械（声子）内存的混合系统，能够运行实际的量子算法。它确立了机械谐振器作为一条可行路径，能够制造出比电磁内存更紧凑、更高相干性的量子内存，从而克服了后者在空间和连接性上的限制。