ETHチューリッヒの研究者たちは、電磁場ではなく機械的振動を利用して、処理とワーキングメモリを分離する量子コンピュータのハードウェアアーキテクチャを開発しました。この設計は、古典的なコンピューティングフレームワークと同様に、中央処理装置（CPU）とランダムアクセスメモリ（RAM）を分離するもので、Science誌（“Mechanical resonator–based quantum computing“）に掲載されました。機械的共振器内の音響振動として情報を保存することで、このハイブリッドプラットフォームはチップ上のストレージ容量を増やし、コヒーレンス時間を延長し、メモリハードウェアの物理的なフットプリントを削減します。
音響量子ビットメモリストレージの物理学
多くの量子コンピューティングモデルでは、処理とストレージが密接に統合されているか、量子状態を保持するために電磁空洞に依存しています。電磁メモリは精密な制御を提供しますが、チップ上でかなりの物理的スペースを必要とし、システムサイズが拡大するにつれて希釈冷凍機内の空間レイアウトのボトルネックとなります。
ETHチューリッヒのハイブリッド量子システムグループが開発したアーキテクチャは、音響パラダイムに移行することでこの空間的ボトルネックに対処します。わずか7.5 mmの長さ、2.5 mmの幅、1 mmの高さのチップ上で、超伝導量子ビットが主要な処理および制御ループとして機能します。処理ユニットは、データを量子ビット自体に保持するのではなく、隣接する機械的共振器に状態を転送します。
- メモリスロットとしての振動モード：ギターの弦が振動の仕方によって複数の異なる音色を生み出すように、機械的共振器は複数の独立した振動経路をサポートします。コンピュータサイエンスの用語では、これらの離散モードはスタンドアロンのメモリレジスタとして機能します。
- データコンテンツとしての振動状態：各モード内では、正確な量子力学的状態（重ね合わせやエンタングルメントパラメータを含む）がデータペイロードとして機能します。
- コヒーレントスワップループ：計算実行中、超伝導量子ビットは音響メモリから特定の振動状態を読み取り、アルゴリズムの要件に従って位相または振幅を調整し、システムの量子コヒーレンスを崩壊させることなく、変更された状態を共振器に書き戻します。
音波は同じ周波数の電波よりも波長が短いため、機械的共振器は同等の高周波空洞よりもコンパクトです。さらに、これらの機械的構造は、音響減衰が発生する前に量子状態をより長い期間維持し、全体的なストレージ寿命を延長します。
アルゴリズム検証と汎用スケーラビリティ
機械的RAMがプログラム可能な汎用量子計算をサポートできるかどうかを判断するために、プラットフォームは量子アルゴリズムの基礎となる2つの計算手順、量子フーリエ変換（QFT）と周期発見ルーチンに対してベンチマークされました。
両方のプロトコルでは、制御ユニットがメモリマトリックス全体にわたる量子状態のネットワークを同時に正確に保存、操作、およびコヒーレントにリンクする必要があります。これらの操作の成功した実行は、音響波メモリアーキテクチャが任意の量子アプリケーションをホストできることを示しています。この技術の長期的な実現可能性は、これらの機械的共振器がより大きなマルチ量子ビットプロセッサ構成にどれだけ確実にスケーリングできるかにかかっています。
ETHチューリッヒのニュースルームを介して公式の企業リリースを確認するにはこちらをご覧ください。機械的結合パラメータ、共振器製造公差、およびアルゴリズムエラーメトリックを詳細に説明した査読付き研究は、Scienceで直接確認できます。こちら。
2026年7月10日
