Recientemente, un equipo de investigación dirigido por Yiwen Chu, físico del Instituto Federal de Tecnología de Zurich (ETH Zurich), desarrolló un nuevo chip cuántico que almacena con éxito información dentro del chip en forma de pequeñas vibraciones (es decir, paquetes de energía vibratoria transportados por fonones). Su principio de funcionamiento es hasta cierto punto similar al de las notas resonantes de una guitarra. Se espera que este avance revolucione la forma en que se construyen las futuras computadoras cuánticas.
El chip experimental mide aproximadamente 7,5 mm de largo, 2,5 mm de ancho y 1 mm de espesor, que es aproximadamente el mismo ancho que la uña del meñique humano. Aunque estos movimientos ocurren dentro de resonadores mecánicos microscópicos de alta frecuencia y no pueden ser escuchados por el oído humano, el equipo de investigación demostró con éxito una nueva arquitectura de computadora cuántica conectando estos pequeños resonadores como memorias de trabajo a un procesador cuántico superconductor, que conceptualmente está más cerca de la estructura básica comúnmente utilizada en las computadoras clásicas de hoy.
En la gran mayoría de los sistemas cuánticos existentes, la computación y el almacenamiento no están claramente separados, y el procesamiento y el almacenamiento de información a menudo están estrechamente integrados en el mismo hardware, lo que dificulta escalar la máquina sin agregar componentes voluminosos. Por el contrario, el equipo de investigación de ETH Zurich se basó en el modelo clásico de informática tradicional en el que una unidad central de procesamiento (CPU) es responsable de los cálculos y una memoria de acceso aleatorio (RAM) es responsable de almacenar temporalmente los datos. En esta nueva memoria de trabajo cuántica, la información no se almacena de forma electromagnética habitual, sino en forma de vibraciones mecánicas.
En funcionamiento real, los qubits superconductores actúan como procesadores y unidades de control, mientras que los resonadores mecánicos conservan la información cuántica durante los cálculos. Siempre que el procesador necesita información específica, el qubit superconductor interactúa con el modo de vibración seleccionado, modificando su estado cuántico antes de volver a colocarlo en la memoria. Esta división del trabajo aprovecha las fortalezas de ambas tecnologías: los qubits superconductores son capaces de realizar operaciones rápidas y proporcionar el comportamiento no lineal requerido para la lógica cuántica, mientras que los resonadores mecánicos son compactos, admiten múltiples modos de vibración independientes y mantienen estados cuánticos durante períodos de tiempo más largos.
Para probar esta arquitectura cuántica programable, los investigadores implementaron con éxito dos procedimientos computacionales centrales: la Transformada Cuántica de Fourier y el algoritmo de búsqueda de períodos. Ambas pruebas requieren que el sistema prepare, almacene, conecte y manipule con precisión múltiples estados cuánticos mientras transfiere información entre el procesador y diferentes modos de almacenamiento mecánico sin destruir la coherencia. Los resultados experimentales demuestran que el sistema es capaz de realizar operaciones en fase controlada y concatenar estados almacenados en su memoria disponible.
Aunque esta investigación aún se encuentra en la etapa de prueba de concepto y aún no ha producido un dispositivo comercial que pueda superar a las computadoras tradicionales, ha demostrado con éxito al mundo exterior que la memoria basada en vibraciones puede funcionar plenamente como un recurso informático práctico. El equipo de investigación señaló que el principal desafío en el futuro radica en la escalabilidad, es decir, aumentar significativamente la capacidad de almacenamiento y la potencia de procesamiento manteniendo bajas tasas de error y logrando un control confiable de grandes estados cuánticos. Los resultados de la investigación han sido publicados oficialmente en la revista Science.