Ученые разработали квантовый чип с механической памятью

Новый квантовый чип работает не так, как все существующие аналоги

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали новый тип квантового процессора, в котором данные хранятся не в электромагнитных полях, как в большинстве современных систем, а в виде микроскопических механических колебаний. По мнению ученых, такой подход может помочь решить одну из главных проблем квантовых вычислений — создание компактной и масштабируемой памяти для большого числа кубитов.

Изображение: Hybrid Quantum Systems Group / ETH ZurichСегодня большинство квантовых компьютеров строятся по принципу «все в одном»: кубиты одновременно выполняют вычисления и служат для хранения квантового состояния. Швейцарские исследователи предложили разделить эти задачи — примерно так же, как это сделано в классических компьютерах, где процессор и оперативная память являются отдельными компонентами.

В новой архитектуре:

сверхпроводящий кубит выполняет роль вычислительного блока;

микромеханические резонаторы выступают в качестве квантовой памяти.

Вместо хранения информации в виде электромагнитных состояний данные записываются в форме очень малых механических вибраций. Ученые сравнивают этот принцип с работой гитарной струны: разные режимы ее колебаний могут соответствовать отдельным ячейкам памяти, каждая из которых способна сохранять квантовую информацию.

При этом такие механические колебания подчиняются законам квантовой механики. Они могут находиться в состоянии суперпозиции и участвовать в квантовой запутанности — двух ключевых явлениях, необходимых для работы квантовых вычислительных систем.

По словам разработчиков, механические резонаторы обладают несколькими потенциальными преимуществами:

позволяют размещать больше квантовой памяти на меньшей площади;

способны дольше сохранять нестабильные квантовые состояния;

могут упростить создание крупных квантовых систем с большим количеством кубитов.

Чтобы проверить идею на практике, ученые объединили механические резонаторы со сверхпроводящими кубитами на одном чипе. Экспериментальная система смогла выполнять квантовые операции, включая квантовое преобразование Фурье — один из фундаментальных алгоритмов, используемых в квантовых вычислениях.

Размер созданного прототипа составляет около 7,5 мм. Несмотря на компактные размеры, исследователи считают, что подобная архитектура в будущем может стать основой для более мощных квантовых компьютеров.