Команда физика Ивэнь Чу построила экспериментальную установку, в которой сверхпроводящий кубит выполняет роль процессора и управляющего блока, а механические резонаторы служат рабочей памятью. Весь чип имеет размеры 7,5×2,5×1 мм — примерно как ширина ногтя. Внутри него квантовая информация переносится фононами — пакетами колебательной энергии, возбуждающими конкретные модовые частоты резонаторов.
Изображение: ChatGPT
В существующих квантовых компьютерах вычисления и хранение данных обычно не разделены: кубиты одновременно выполняют обе функции, что усложняет наращивание системы. Группа Чу применила знакомую по классической электронике схему: процессор (CPU) обращается к отдельной оперативной памяти (RAM), когда ему требуются данные. В квантовом варианте эту роль играют механические резонаторы, которые компактны, поддерживают множество независимых колебательных мод и могут сохранять квантовые состояния достаточно долго.
«В нашей рабочей памяти информация хранится не электромагнитно, как это обычно делается сегодня, а в форме механических вибраций», — поясняет Чу. Такое решение позволяет разместить больше ячеек памяти на чипе: электромагнитные резонаторы требуют индивидуального пространства для каждого элемента, тогда как механические резонаторы могут вмещать множество мод в одной компоненте.
Исследователи продемонстрировали, что эта архитектура способна выполнять программируемые квантовые вычисления. В ходе тестов они реализовали две ключевые процедуры: квантовое преобразование Фурье и алгоритм поиска периода — операции, лежащие в основе многих квантовых алгоритмов, включая факторизацию и криптоанализ. Обе процедуры потребовали подготовки, хранения и точного манипулирования несколькими состояниями, а также передачи информации между процессором и механической памятью без потери когерентности.
На данный момент речь идёт о демонстрации принципа действия, а не о готовом коммерческом компьютере. Следующий этап — масштабирование системы до тысяч и миллионов кубитов, что потребует решения задач по увеличению памяти, снижению ошибок и надёжному управлению большим числом состояний.