Тишина вместо электричества. Швейцарские физики научили квантовый чип хранить данные в виде беззвучных вибраций

Именно так работает новый экспериментальный чип, созданный физиками из ETH Zurich в Швейцарии.

Об этом пишет SciTechDaily.

Команду возглавила физик Ивен Чу. Созданный ими чип имеет длину всего 7,5 миллиметра. Внутри него находятся крошечные элементы — резонаторы. Они вибрируют и сохраняют данные в виде этих колебаний. Такие частицы вибрации называют фононами. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Science.

Резонаторы подключили к процессору, привычному для квантовых компьютеров. Вместе они образуют новую систему: процессор выполняет вычисления, а резонаторы хранят данные — точно так же, как работает память в обычном ноутбуке.

В большинстве квантовых компьютеров вычисления и хранение данных происходят в одном и том же месте. Из-за этого такие машины трудно масштабировать. Команда Чу решила поступить иначе — разделить эти две функции, как в обычном компьютере: есть процессор, который выполняет вычисления, и есть память, которая хранит данные.

В новом чипе роль процессора выполняет так называемый кубит, а роль памяти — механические резонаторы, которые хранят данные в виде вибраций, а не электрических сигналов, как обычно.

Кубит — это основная единица информации в квантовом компьютере. В отличие от обычного бита, который равен либо 0, либо 1, кубит может быть одновременно и тем, и другим. Именно это и обеспечивает мощь квантовых компьютеров. Однако контролировать столь хрупкое состояние очень сложно.

В новом чипе процессор «обращается» к нужной вибрации в резонаторе, изменяет её, а затем возвращает результат в память. Кубит отвечает за скорость и логику вычислений, а резонатор — за долгосрочное и надежное хранение данных.

Раньше в качестве памяти для квантовых компьютеров чаще использовали другие устройства — электромагнитные. Они точны, но занимают много места. Чем больше такой памяти требуется, тем сложнее разместить всё это на маленьком чипе.

Механические резонаторы решают эту проблему. Один такой резонатор может содержать множество отдельных «ячеек» памяти. То есть нет необходимости добавлять новое устройство для каждой единицы данных.

Ученые не просто сохранили данные в виде вибраций — они проверили, можно ли использовать эту память для вычислений. Для этого они выполнили на чипе две важные операции: квантовое преобразование Фурье и поиск периода. Это базовые элементы, на которых строятся многие квантовые алгоритмы.

Игорь Кладарич, аспирант из команды Чу, объясняет, что преобразование Фурье — важная процедура для многих квантовых вычислений, а задача поиска периода продемонстрировала, как именно ее можно применить.

Оба теста прошли успешно. Система смогла одновременно сохранить несколько квантовых состояний, связать их между собой и точно изменить — и при этом не потерять данные при передаче между процессором и памятью.