Специалисты из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) представили инновационную конструкцию квантового процессора, где информация кодируется не посредством электромагнитных волн – как это реализовано в большинстве существующих систем – а через крошечные механические вибрации. Эксперты полагают, что данный метод способен преодолеть одну из ключевых сложностей квантовых вычислений: разработку малогабаритной и расширяемой памяти для значительного количества кубитов.

В настоящее время подавляющее большинство квантовым вычислительных машин организованы по схеме «интегрированных функций»: одни и те же элементы одновременно осуществляют обработку данных и поддерживают состояние. Группа швейцарских ученых предложила разделить эти функции, подобно тому, как это реализовано в классических компьютерах, где процессор и оперативная память функционируют как независимые устройства.

В новой архитектуре:

• сверхпроводящий кубит берет на себя функцию вычислительного узла;
• микромеханические резонаторы выполняют роль квантовой памяти.

Вместо кодирования данных посредством электромагнитных импульсов, информация фиксируется в виде чрезвычайно незначительных механических колебаний. Исследователи проводят аналогию с функционированием струны гитары: различные варианты ее вибраций могут представлять собой отдельные участки памяти, каждый из которых предназначен для хранения квантовых данных.

Эти механические процессы действуют согласно принципам квантовой физики. Они способны существовать в состоянии наложения и демонстрировать эффект квантового сцепления – два важных аспекта, требуемых для функционирования квантовых компьютеров.

По заявлению создателей, эти микромеханические устройства обладают рядом перспективных достоинств:

• они обеспечивают возможность размещения большего объема памяти в ограниченном пространстве.
• они демонстрируют повышенную устойчивость к разрушению хрупких квантовых состояний;
• это открывает перспективы для разработки масштабных вычислительных устройств, содержащих значительное число кубитов.

Для демонстрации принципиальной возможности ученые соединили микромеханические осцилляторы с сверхпроводящими элементами на одном кремниевом подложке. Полученная установка позволила реализовать квантовые преобразования, в частности – дискретное преобразование Фурье, которое является ключевым этапом во многих алгоритмах для квантовых компьютеров.

Габариты разработанного образца приблизительно 7,5 миллиметров; однако авторы исследования полагают, что подобная конструкция может лечь в основу будущих высокопроизводительных вычислительных машин.