ETH Zürich bygger kvantechip som lagrer data som vibrasjoner

Forskere ved ETH Zürich har bygget en kvantedatamaskin-chip som lagrer informasjon som mikroskopiske mekaniske vibrasjoner i stedet for elektromagnetiske felt, noe som markerer et avvik fra konvensjonelle kvanteminne-design og gir det teamet kaller et bevis på gjennomførbarhet for en programmerbar kvantedatamaskin.

En kvantearkitektur modellert etter klassiske datamaskiner

Arbeidet, publisert i tidsskriftet Science, ble ledet av kvantefysikeren Yiwen Chu og speiler bevisst arkitekturen til klassiske digitale datamaskiner. En superledende qubit fungerer som den sentrale prosesseringsenheten, mens informasjon lagres separat i mekaniske resonatorer – små komponenter som vibrerer for å kode kvantetilstander.ethz+2

«Samspillet mellom kvanteprosessoren og kvanteminnet gir et avgjørende grunnlag med tanke på å etablere kvantedatamaskiner som en kraftig og pålitelig måte å utføre beregninger som ikke er gjennomførbare med konvensjonelle datamaskiner,» sa Chu.ethz

Resonatorene fungerer som strengene på en gitar, vibrerende i mange forskjellige moduser, der hver modus tilsvarer en minneplass. I motsetning til gitarstrenger fungerer imidlertid disse vibrasjonene under kvantemekanikkens lover, noe som tillater superposisjon og sammenfiltring av tilstander.ethz

Bestått beregningsmessig stresstest

Teamet demonstrerte at systemet deres kunne utføre både kvante-Fourier-transformasjon og en periode-finnende algoritme – to beregningsmetoder som anses som målestokker for kvantedatabehandlingskapasitet. «Kvante-Fourier-transformasjon er en fundamental beregningsprosedyre som kreves for mange kvantealgoritmer. Periode-finnende algoritmen vi implementerte fungerte som en demonstrasjon av hvordan denne prosedyren kan brukes,» sa Igor Kladarić, en doktorgradsstudent i Chus team og medforfatter av artikkelen.phys.ethz+1

Systemet kan i prinsippet utføre alle grunnleggende beregningstrinn som kreves for å utføre enhver vilkårlig kvanteberegning, noe som gjør det fundamentalt egnet som en generell programmerbar kvantedatamaskin.ethz+1

Hvorfor mekanisk minne betyr noe

Mekaniske resonatorer tilbyr flere fordeler fremfor teknologiene for elektromagnetisk minne som vanligvis er paret med superledende qubiter. De er mindre og mer kompakte, støtter flere vibrasjonsmoduser for større lagringskapasitet, og holder kvantetilstander stabile i lengre perioder uten at informasjon går tapt. Elektromagnetisk minne, selv om det er godt studert og presist, krever betydelig fysisk plass – en begrensning som sannsynligvis vil hindre veien fra laboratorieenheter til markedsklare kvantedatamaskiner.quantumzeitgeist+1

Om tilnærmingen til slutt vil seire avhenger av hvor godt den kan skaleres til større systemer, erkjente ETH Zürich-teamet. Forskningen ble publisert under referansen: Yang Y, Kladarić I, et al., «Mechanical resonator–based quantum computing», Science 392, 972-976 (2026).ethz