北京
該設(shè)備以超導(dǎo)量子比特處理數(shù)據(jù)，機械諧振器則充當(dāng)量子工作內(nèi)存。
瑞士研究人員開發(fā)出一種新型量子計算機芯片，它利用微小機械振動而非傳統(tǒng)電磁存儲器來存儲數(shù)據(jù)。
這一革命性設(shè)備由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員打造。據(jù)報道，它用微型機械諧振器取代了傳統(tǒng)的量子存儲器。這些微型結(jié)構(gòu)通過不同方式的振動來保存信息。
該方法還引入了一種受當(dāng)今數(shù)字計算機啟發(fā)的計算機架構(gòu)，將處理與存儲分離開來。"我們的量子芯片包含微型元件，在存儲信息時它們就會振動起來，"蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院混合量子系統(tǒng)教授、哲學(xué)博士Yiwen Chu表示。
研究團隊認為，這一概念有望攻克量子計算領(lǐng)域最大的挑戰(zhàn)之一：構(gòu)建能夠存儲大量量子數(shù)據(jù)的緊湊且可靠的系統(tǒng)。要達到數(shù)百萬量子比特的規(guī)模，量子計算機必須克服尺寸、熱量以及其他復(fù)雜的電子瓶頸。
芯片內(nèi)部
在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的模型中，處理與存儲是分離的。一個超導(dǎo)量子比特充當(dāng)處理器，這類似于傳統(tǒng)計算機中的中央處理器。與此同時，量子信息被臨時存儲在機械諧振器內(nèi)部，后者充當(dāng)一種量子工作內(nèi)存。
諧振器并不以電磁方式存儲信息，而是通過微小振動來編碼數(shù)據(jù)。在計算過程中，量子比特會提取存儲在振動中的信息，執(zhí)行計算，再將更新后的信息寫回振動內(nèi)存。
據(jù)Chu及其團隊介紹，這個想法類似于吉他的琴弦，它們能以不同頻率振動，發(fā)出不同音符。而在量子芯片中，每種振動模式都充當(dāng)一個獨立的內(nèi)存槽，能夠存儲量子信息。
這些振動遵循量子力學(xué)規(guī)則，使其得以存在于量子疊加態(tài)（一種同時占據(jù)多種可能狀態(tài)的現(xiàn)象）并發(fā)生糾纏。由于機械諧振器支持多種振動模式，它們能以更小的空間存儲比傳統(tǒng)電磁存儲器更多的信息。這些諧振器還能將脆弱的量子態(tài)保存更長時間，從而延長了信息丟失前的存儲時長。
更持久的存儲
為展示這一架構(gòu)，團隊成功將機械諧振器與超導(dǎo)量子比特耦合，并在芯片上執(zhí)行了量子計算。他們用"量子傅里葉變換"和一種周期查找算法對系統(tǒng)進行了測試。
"量子傅里葉變換是許多量子算法所需的基本計算步驟，"Chu課題組的博士生、該研究的共同作者Igor Kladaric在一份新聞聲明中表示。"我們所實現(xiàn)的周期查找算法，演示了這一步驟如何得以應(yīng)用。"
結(jié)果證實，該架構(gòu)能夠可靠地存儲并操控多個量子態(tài)。據(jù)該團隊稱，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠執(zhí)行通用量子計算機所需的所有關(guān)鍵計算操作。
該原型芯片長約0.3英寸（7.5毫米）。不過，Chu確信它為構(gòu)建更大規(guī)模的量子系統(tǒng)提供了一條切實可行的路徑。據(jù)蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的代表稱，盡管實用的量子計算機仍需多年才能實現(xiàn)，但這一方法標(biāo)志著朝該目標(biāo)邁出了充滿希望的一步。
這項研究已發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。
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