スイスの研究者たちは、従来の電磁メモリではなく、微小な機械振動を利用してデータを保存する新型量子コンピューターチップを開発しました。この革命的な装置は、チューリッヒ工科大学の研究チームによって創造されました。報告によると、このチップは従来の量子メモリの代わりに微観機械共振器を使用しており、これらの微小構造は情報を保存するために異なる方法で振動します。この方法は、現在のデジタルコンピュータに触発されたコンピュータアーキテクチャを導入しており、処理と記憶を分離しています。「私たちの量子チップは微小な要素を含んでおり、情報を保存する際にこれらの要素が振動し始めます」と、この研究を担当するチューリッヒ工科大学の混合量子システムの教授、朱怡文（Yiwen Chu）は述べています。
チームは、この概念が量子計算の大きな課題、すなわち大量の量子データを保存できるコンパクトで信頼性の高いシステムを構築することを克服する可能性があると考えています。
新型量子コンピューターチップの設計理念
数百万の量子ビットを達成するために、量子コンピュータはサイズ、熱、その他の複雑な電子的ボトルネックを克服しなければなりません。チューリッヒ工科大学のモデルでは、処理と記憶が分離されています。超伝導量子ビットがプロセッサとして機能し、これは従来のコンピュータの中央処理装置（CPU）に似ています。同時に、量子情報は機械共振器内に一時的に保存され、これらの共振器は量子ワーキングメモリとして機能します。これらの共振器は電磁的に情報を保存するのではなく、微小な振動を通じてデータをエンコードします。計算過程では、量子ビットがある振動から保存された情報を取得し、計算を行い、更新された情報を振動メモリに書き戻します。
朱教授とそのチームによれば、この理念はギターの弦に似ており、これらの弦は異なる周波数で振動して異なる音符を生成します。同時に、量子チップ内では、各振動モードが独立したメモリスロットとして機能し、量子情報を保存することができます。これらの振動は量子力学の規則に従い、量子重ね合わせ状態（つまり、同時に複数の可能な状態を占有すること）で存在し、エンタングルメントが発生します。機械共振器は多様な振動モードをサポートするため、従来の電磁メモリよりも多くの情報を保存でき、より少ないスペースを占有します。これらの共振器はまた、脆弱な量子状態をより長く保持できるため、情報の保存時間を延ばします。
量子計算の実験成果と今後の展望
このアーキテクチャを示すために、研究チームは機械共振器と超伝導量子ビットを結合し、チップ上で量子計算を成功裏に実施しました。彼らは量子フーリエ変換と周期探索アルゴリズムを用いてシステムをテストしました。「量子フーリエ変換は多くの量子アルゴリズムに必要な基本的な計算手順です」と、朱教授のチームの博士課程の学生、イゴール・クラダリッチ（Igor Kladaric）は声明で述べています。「私たちが実施した周期探索アルゴリズムは、この手順がどのように使用されるかのデモンストレーションです。」結果は、このアーキテクチャが複数の量子状態を信頼性高く保存し操作できることを証明しました。
チームによれば、このシステムはすでにすべての汎用量子コンピュータに必要な重要な計算操作を実行できるとのことです。
このプロトタイプは約0.3インチ（7.5ミリメートル）の長さです。しかし、朱教授は、これがより大規模な量子システムへの実際の道を提供することを確信しています。実用的な量子コンピュータが実現するには数年かかるとされますが、チューリッヒ工科大学の代表によれば、この方法はその目標に向けた有望なステップを示しています。この研究は『サイエンス』誌に発表されました。
項目 規格 プロセッサ 超伝導量子ビット サイズ 0.3インチ（7.5ミリメートル）