В Швейцарии создали квантовый чип с механической памятью, работающей по принципу гитарных струн

Новшества в архитектуре квантовых вычислений

Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюх (ETH Zurich) разработали инновационный квантовый чип, где данные хранятся в виде микроскопических механических колебаний. Эта технология отличается от большинства существующих квантовых систем тем, что функции обработки и хранения информации разделены по аналогии с классическими компьютерами.

Принцип работы механической памяти

В новой архитектуре сверхпроводящий кубит выступает в роли вычислительного блока, а крошечные механические резонаторы выполняют функцию оперативной памяти. Эти резонаторы, сравнимые по размеру с ногтем, работают по принципу, схожему с вибрацией гитарной струны: разные режимы колебаний соответствуют отдельным ячейкам квантовой памяти. Информация записывается в виде малых механических вибраций, которые подчиняются законам квантовой механики и способны находиться в состоянии суперпозиции.

При выполнении вычислений кубит обращается к колебаниям в памяти, обрабатывает и изменяет их состояние, а затем записывает информацию обратно. Такое разделение вычислений и хранения отличает подход от многих существующих квантовых схем, где обработка и память тесно переплетены.

Технические преимущества решения

Ставка на механические резонаторы объясняется несколькими ключевыми преимуществами. Во-первых, такие элементы значительно компактнее электромагнитных аналогов. Во-вторых, длина акустических волн в резонаторах примерно в сто раз меньше длины электромагнитных волн, что потенциально позволяет создавать более мелкие чипы даже при масштабировании системы.

Механические резонаторы также способны дольше сохранять нестабильные квантовые состояния и позволяют разместить больше квантовой памяти на меньшей площади. Кроме того, физические свойства, измеряемые механической системой, могут использоваться для построения более сложных вычислений, чем те, которые возможны в рамках стандартного кубитного состояния.

Экспериментальная проверка и перспективы

Для проверки идеи ученые объединили компоненты на одном чипе размером 7,5 мм. Экспериментальная система успешно выполнила квантовое преобразование Фурье — один из фундаментальных алгоритмов в квантовых вычислениях. Команда также протестировала систему с использованием алгоритма поиска периода, подтверждая работоспособность созданного решения.

Долгосрочной целью проекта является разработка квантовой памяти с произвольным доступом (QRAM), которая позволила бы увеличить объем рабочей памяти в квантовых вычислителях. Система может быть масштабирована с использованием принципа последовательного соединения, делая её более практичной для реальных промышленных применений.

Разработчики отмечают, что такой подход может помочь решить одну из главных проблем квантовых вычислений — создание компактной и масштабируемой памяти для большого числа кубитов. Механическая система также открывает возможности для моделирования реальных физических процессов, что пригодится в биофизике и материаловедении.