この量子コンピュータの内部では、メモリがギターの弦のように振動する

量子コンピュータはギターとはほとんど共通点がないように思えるかもしれませんが、ETH Zurichの研究者たちは驚くべきつながりを発見しました。物理学者のYiwen Chu氏とそのチームは、ギターの弦の振動が音符を生み出すのとよく似た方法で、微視的な機械的振動を利用して量子情報を保存・操作するシステムを開発しました。

楽器から出る音とは異なり、これらの振動は人間の可聴域をはるかに超える周波数で発生します。それらは小さな量子チップの中で発生し、そこで新しい形式のコンピュータメモリとして機能します。

これらの振動を利用することで、研究者たちは量子コンピュータが柔軟なワーキングメモリにアクセスしながら効率的に情報を処理する方法を作り出しました。「量子プロセッサと量子メモリの間の相互作用は、従来のコンピュータでは不可能な計算を実行するための強力で信頼性の高い方法として量子コンピュータを確立する上で、極めて重要な基盤となります」とYiwen Chu氏は述べています。

学術誌Scienceに掲載されたこの画期的な成果は、量子コンピュータの設計に対する異なるアプローチを提示しています。既存の多くのシステムのように情報処理と保存を密接に統合するのではなく、Chu氏のチームは、これらの機能により明確な役割を与えるアーキテクチャを開発しました。

従来のコンピュータに触発された量子メモリ

研究者たちは、日常的なデジタルコンピュータの基本設計からインスピレーションを得ました。従来のコンピュータでは、中央処理装置（CPU）が計算を実行する一方で、情報は一般にランダムアクセスメモリ（RAM）と呼ばれるワーキングメモリに個別に保持されます。これらのコンポーネントの配置は、コンピュータがどれほど効率的に動作するかを決定する上で重要な役割を果たします。

Chu氏の量子システムも同様の原理に従っています。超伝導量子ビットが処理および制御ユニットとして機能し、中央処理装置（CPU）に匹敵する役割を果たします。一方、独立した量子メモリが計算中に必要な情報を一時的に保持し、プロセッサが必要に応じてその情報を呼び出したり変更したりできるようにします。

大きな違いは、その情報がどのように保存されるかにあります。

「しかし、私たちの量子ワーキングメモリでは、情報は現在一般的である電磁的な方法ではなく、機械的振動の形で保存されます」とChu氏は説明します。

量子コンピュータは、量子システムが異なる状態の組み合わせで存在できる「重ね合わせ」や、量子状態間に強力な接続を生み出す「量子もつれ」など、量子物理学の特異な性質を利用しています。これらの効果により、最終的には量子マシンが、現在の実用的な能力を超えているいくつかの問題を含め、従来のコンピュータよりもはるかに高速に特定の極めて複雑な計算に取り組むことが可能になるかもしれません。