浙江
近日，由蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）物理學家Yiwen Chu率領的研究團隊開發出了一種全新的量子芯片，成功將信息以微小振動（即聲子攜帶的振動能量包）的形式存儲在芯片內部，其運作原理在某種程度上類似于吉他上共鳴的音符。這項突破性成果有望徹底改變未來量子計算機的構建方式。
這枚實驗性芯片的尺寸約為長7.5毫米、寬2.5毫米、厚1毫米，其寬度與人類的小指甲蓋大致相當。雖然這些運動發生在高頻率的微觀機械諧振器內部且無法被人耳聽到，但研究團隊通過將這些微小的諧振器作為工作存儲器與超導量子處理器相連接，成功展示了一種全新的量子計算機架構，這一架構在理念上更加接近當今經典計算機中普遍采用的基礎結構。
在絕大多數現有的量子系統中，計算與存儲并沒有得到清晰的區分，處理過程和信息存儲往往緊密結合在同一硬件中，這使得在不增加笨重組件的情況下擴展機器變得十分困難。相比之下，蘇黎世聯邦理工學院的研究團隊借鑒了傳統計算中中央處理器（CPU）負責計算、隨機存取存儲器（RAM）負責臨時存儲數據的經典模式。在這種全新的量子工作存儲器中，信息不是通常的電磁存儲方式，而是以機械振動的形式保存。
在實際運作中，超導量子比特充當處理器和控制單元，而機械諧振器則在計算過程中保存量子信息。每當處理器需要特定信息時，超導量子比特就會與選定的振動模式相互作用，修改其量子狀態后再將其放回存儲器中。這種分工充分發揮了兩種技術的優勢：超導量子比特能夠執行快速操作并提供量子邏輯所需的非線性行為，而機械諧振器則具有結構緊湊、支持多個獨立振動模式以及能夠較長時間保持量子狀態的特性。
為了測試這一可編程量子架構，研究人員成功實施了兩項核心計算程序：量子傅里葉變換（Quantum Fourier Transform）以及量子尋期（period-finding）算法。這兩項測試要求系統準備、存儲、連接并精確操控多個量子狀態，同時在不破壞相干性的前提下在處理器與不同的機械存儲模式之間傳輸信息。實驗結果證明，該系統能夠執行受控的相位操作，并在其可用存儲器中連接存儲的狀態。
盡管這項研究目前仍屬于概念驗證階段，尚未制造出能夠超越傳統計算機的商用設備，但它成功向外界證明了基于振動的存儲器完全可以作為實用的計算資源發揮作用。研究團隊指出，未來的主要挑戰在于規模化擴展，即在顯著增加存儲容量和處理能力的同時保持低錯誤率并實現對龐大量子狀態的可靠控制。該研究成果已正式發表在《科學》（Science）雜志上。
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