ETH Zürich kehitti kvanttisirun, joka tallentaa tietoa värähtelyinä

ETH Zürichin tutkijat ovat rakentaneet kvanttilaskentasirun, joka tallentaa tietoa mikroskooppisina mekaanisina värähtelyinä sähkömagneettisten kenttien sijaan. Tämä merkitsee poikkeamaa perinteisistä kvanttimuistimalleista ja tarjoaa tiimin mukaan todisteen ohjelmoitavan kvanttitietokoneen toteutettavuudesta.

Klassisten tietokoneiden mallin mukainen kvanttiarkkitehtuuri

Science-lehdessä julkaistua työtä johti kvanttifyysikko Yiwen Chu, ja se peilaa tietoisesti klassisten digitaalisten tietokoneiden arkkitehtuuria. Suprajohtava kubitti toimii keskusyksikkönä, kun taas tieto tallennetaan erikseen mekaanisiin resonaattoreihin – pieniin komponentteihin, jotka värähtelevät koodatakseen kvanttitiloja.ethz+2

"Kvanttiprosessorin ja kvanttimuistin välinen vuorovaikutus tarjoaa ratkaisevan perustan kvanttitietokoneiden vakiinnuttamiseksi tehokkaaksi ja luotettavaksi tavaksi suorittaa laskelmia, jotka eivät ole mahdollisia perinteisillä tietokoneilla", Chu sanoi.ethz

Resonaattorit toimivat kuin kitaran kielet, värähdellen monissa eri tiloissa, joista jokainen vastaa muistipaikkaa. Toisin kuin kitaran kielet, nämä värähtelyt toimivat kuitenkin kvanttimekaniikan lakien alaisina, mikä mahdollistaa tilojen superposition ja kietoutumisen.ethz

Laskennallisen rasitustestin läpäiseminen

Tiimi osoitti, että heidän järjestelmänsä pystyi suorittamaan sekä kvantti-Fourier-muunnoksen että jaksonetsintäalgoritmin – kaksi laskentamenetelmää, joita pidetään kvanttilaskennan suorituskyvyn vertailukohtina. "Kvantti-Fourier-muunnos on perustavanlaatuinen laskentamenettely, jota tarvitaan monissa kvanttialgoritmeissa. Toteuttamamme jaksonetsintäalgoritmi toimi osoituksena siitä, miten tätä menettelyä voidaan käyttää", sanoi Igor Kladaric, Chun tiimin tohtorikoulutettava ja artikkelin toinen kirjoittaja.phys.ethz+1

Järjestelmä voi periaatteessa suorittaa kaikki peruslaskentavaiheet, joita tarvitaan minkä tahansa mielivaltaisen kvanttilaskennan suorittamiseen, mikä tekee siitä pohjimmiltaan sopivan yleiskäyttöiseksi ohjelmoitavaksi kvanttitietokoneeksi.ethz+1

Miksi mekaaninen muisti on tärkeää

Mekaaniset resonaattorit tarjoavat useita etuja verrattuna sähkömagneettisiin muistitekniikoihin, joita yleensä käytetään suprajohtavien kubittien kanssa. Ne ovat pienempiä ja kompaktimpia, tukevat useampia värähtelytiloja suuremman tallennuskapasiteetin saavuttamiseksi ja pitävät kvanttitilat vakaina pidempään ilman tiedon häviämistä. Sähkömagneettinen muisti, vaikka se on hyvin tutkittu ja tarkka, vaatii huomattavasti fyysistä tilaa – rajoite, joka todennäköisesti haittaa matkaa laboratoriolaitteista markkinavalmiisiin kvanttitietokoneisiin.quantumzeitgeist+1

Se, tuleeko lähestymistapa lopulta voittamaan, riippuu siitä, kuinka hyvin se voidaan skaalata suurempiin järjestelmiin, ETH Zürichin tiimi myönsi. Tutkimus julkaistiin viitteellä: Yang Y, Kladarić I, et al., "Mechanical resonator–based quantum computing", Science 392, 972-976 (2026).ethz