Квантовый чип: архитектура и принцип работы
Исследователи из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) под руководством Ивэнь Чу создали квантовый чип, в котором оперативная память реализована на механических резонаторах. Архитектура устройства разделяет вычислительную функцию и хранение данных: роль процессора выполняет сверхпроводящий кубит, а в качестве запоминающих элементов задействованы микроскопические колебательные структуры.
Запись информации происходит в форме управляемых вибраций, подобных дрожанию натянутой струны. Каждой отдельной моде колебания сопоставлена одна ячейка памяти. «Такое разделение вычислений и хранения делает систему более эффективной и гибкой», — пояснила Ивэнь Чу.
Преимущества механической памяти
Механический способ хранения квантовых состояний обладает рядом особенностей, отличающих его от электромагнитных аналогов. Размеры механических резонаторов заметно меньше, что позволило разместить полноценный чип на кристалле габаритами 7,5 на 2,5 миллиметра. При столь компактных размерах устройство поддерживает выполнение сложных вычислительных операций.
Квантовые состояния, зафиксированные в форме вибраций, демонстрируют увеличенное время сохранения. Это свойство снижает вероятность разрушения записанных данных вследствие декогеренции — одного из главных ограничений современных квантовых систем.
Тестирование и дальнейшие исследования
Работоспособность чипа проверена на алгоритмах, критически важных для будущих полноценных квантовых вычислителей. Устройство успешно выполнило квантовое преобразование Фурье и задачу поиска периода. Эксперимент показал, что архитектура на основе механических колебаний пригодна для создания программируемых квантовых компьютеров.
Следующим этапом станет масштабирование системы. Ученые планируют выяснить, как поведет себя технология при увеличении числа кубитов и резонаторов. Развитие подобных архитектур приближает создание квантовых компьютеров, способных решать задачи, недоступные классическим машинам, включая анализ криптографических схем, лежащих в основе многих блокчейн-сетей.
Ранее специалисты ETH Zurich разработали метод получения математически безупречной случайности, а немецкий исследовательский центр Fraunhofer IPMS представил генератор случайных чисел Q-Dice, основанный на квантовых флуктуациях вакуума. Обе работы расширяют инструментарий квантовых технологий.