Швейцарские исследователи разработали новый тип квантового компьютерного чипа, который хранит данные с помощью крошечных механических колебаний, а не обычной электромагнитной памяти.
Устройство было создано исследователями из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Сообщается, что оно заменяет традиционную квантовую память на микроскопические механические резонаторы. Это микроскопические структуры, которые вибрируют по-разному, чтобы хранить информацию. Длина прототипа составляет 0,3 дюйма (7,5 миллиметра).
Этот подход также предполагает использование компьютерной архитектуры, вдохновленной современными цифровыми компьютерами, в которой обработка данных и память разделены. «Наш квантовый чип содержит крошечные компоненты, которые начинают вибрировать при хранении информации», — говорит Ивен Чу, доктор философии, профессор кафедры гибридных квантовых систем в Швейцарской высшей технической школе Цюриха. В качестве процессора выступает сверхпроводящий кубит. Это похоже на центральный процессор в обычном компьютере. В то же время квантовая информация временно хранится внутри механических резонаторов, которые служат своего рода квантовой оперативной памятью.
Вместо того чтобы хранить информацию в электромагнитном поле, резонаторы кодируют данные с помощью крошечный вибраций. Во время вычислений кубит извлекает информацию, хранящуюся в вибрации, выполняет вычисления и записывает обновленную информацию обратно в вибрирующую память.
Исследователи считают, что эта концепция может решить одну из самых серьезных проблем квантовых вычислений: создание компактных и надежных систем для хранения больших объемов квантовых данных. Чтобы достичь уровня в миллионы кубитов, квантовым компьютерам необходимо преодолеть проблемы, связанные с размером, нагревом и другими сложностями, характерными для электроники.
Эта идея напоминает струны гитары. Они могут вибрировать на разных частотах, издавая разные ноты. Между тем в квантовом чипе каждая колебательная мода действует как отдельный слот памяти, способный хранить квантовую информацию.
Эти колебания подчиняются законам квантовой механики, что позволяет им существовать в квантовых суперпозициях (явление, при котором они одновременно занимают несколько возможных состояний) и становиться запутанными. Поскольку механические резонаторы поддерживают множество колебательных мод, они могут хранить больше информации, чем обычная электромагнитная память, занимая при этом меньше места. Кроме того, резонаторы дольше сохраняют хрупкие квантовые состояния, что увеличивает время хранения информации до ее потери.
Чтобы продемонстрировать архитектуру, команда успешно соединила механические резонаторы со сверхпроводящими кубитами и провела квантовые вычисления на чипе. Они протестировали систему с помощью квантового преобразования Фурье и алгоритма поиска периодов.
Результаты подтвердили, что архитектура может надежно хранить несколько квантовых состояний и управлять ими. По словам команды разработчиков, система уже может выполнять все ключевые вычислительные операции, необходимые для квантового компьютера общего назначения.
Исследование было опубликовано в журнале Science.