ETH Zürich baut Quantenchip, der Daten als Schwingungen speichert

Forscher an der ETH Zürich haben einen Quantencomputer-Chip entwickelt, der Informationen als mikroskopische mechanische Schwingungen statt als elektromagnetische Felder speichert. Dies stellt eine Abkehr von herkömmlichen Quantenspeicher-Designs dar und liefert, was das Team als Machbarkeitsnachweis für einen programmierbaren Quantencomputer bezeichnet.

Eine Quantenarchitektur nach dem Vorbild klassischer Computer

Die in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Arbeit wurde von der Quantenphysikerin Yiwen Chu geleitet und spiegelt bewusst die Architektur klassischer Digitalcomputer wider. Ein supraleitendes Qubit dient als zentrale Recheneinheit, während Informationen separat in mechanischen Resonatoren gespeichert werden – winzigen Komponenten, die schwingen, um Quantenzustände zu kodieren.ethz+2

"Die Interaktion zwischen dem Quantenprozessor und dem Quantenspeicher bietet eine entscheidende Grundlage mit Blick darauf, Quantencomputer als leistungsstarke und zuverlässige Methode für Berechnungen zu etablieren, die mit herkömmlichen Computern nicht machbar sind", sagte Chu.ethz

Die Resonatoren funktionieren wie die Saiten einer Gitarre und schwingen in vielen verschiedenen Modi, wobei jeder Modus einem Speicherplatz entspricht. Im Gegensatz zu Gitarrensaiten unterliegen diese Schwingungen jedoch den Gesetzen der Quantenmechanik, was die Superposition und Verschränkung von Zuständen ermöglicht.ethz

Bestehen des rechnerischen Stresstests

Das Team demonstrierte, dass sein System sowohl die Quanten-Fourier-Transformation als auch einen Algorithmus zur Periodenfindung ausführen konnte – zwei Rechenmethoden, die als Maßstäbe für die Leistungsfähigkeit von Quantencomputern gelten. "Die Quanten-Fourier-Transformation ist ein grundlegendes Rechenverfahren, das für viele Quantenalgorithmen erforderlich ist. Der von uns implementierte Algorithmus zur Periodenfindung diente als Demonstration dafür, wie dieses Verfahren verwendet werden kann", sagte Igor Kladaric, Doktorand in Chus Team und Mitautor der Arbeit.phys.ethz+1

Das System kann prinzipiell alle grundlegenden Rechenschritte ausführen, die zur Durchführung beliebiger Quantenberechnungen erforderlich sind, was es grundsätzlich als programmierbaren Quantencomputer für allgemeine Zwecke geeignet macht.ethz+1

Warum mechanischer Speicher wichtig ist

Mechanische Resonatoren bieten mehrere Vorteile gegenüber den elektromagnetischen Speichertechnologien, die normalerweise mit supraleitenden Qubits kombiniert werden. Sie sind kleiner und kompakter, unterstützen mehr Schwingungsmodi für eine größere Speicherkapazität und halten Quantenzustände länger stabil, ohne dass Informationen verloren gehen. Elektromagnetische Speicher sind zwar gut erforscht und präzise, erfordern jedoch erheblichen physischen Platz – eine Einschränkung, die den Weg von Laborgeräten zu marktreifen Quantencomputern wahrscheinlich behindern wird.quantumzeitgeist+1

Ob sich der Ansatz letztendlich durchsetzen wird, hängt davon ab, wie gut er auf größere Systeme skaliert werden kann, räumte das Team der ETH Zürich ein. Die Forschung wurde unter der Referenz veröffentlicht: Yang Y, Kladarić I, et al., "Mechanical resonator–based quantum computing," Science 392, 972-976 (2026).ethz