Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada por Yiwen Chu, físico do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), desenvolveu um novo chip quântico que armazena com sucesso informações dentro do chip na forma de pequenas vibrações (ou seja, pacotes de energia vibracional transportados por fônons). Seu princípio de funcionamento é até certo ponto semelhante às notas ressonantes de uma guitarra. Espera-se que esta descoberta revolucione a forma como os futuros computadores quânticos serão construídos.

As dimensões deste chip experimental são aproximadamente 7,5 mm de comprimento, 2,5 mm de largura e 1 mm de espessura, que é aproximadamente a mesma largura de uma unha mindinho humana. Embora esses movimentos ocorram dentro de ressonadores mecânicos microscópicos de alta frequência e não possam ser ouvidos pelo ouvido humano, a equipe de pesquisa demonstrou com sucesso uma nova arquitetura de computador quântico conectando esses minúsculos ressonadores como memórias de trabalho a um processador quântico supercondutor, que é conceitualmente mais próximo da estrutura básica comumente usada nos computadores clássicos de hoje.

Na grande maioria dos sistemas quânticos existentes, a computação e o armazenamento não estão claramente separados, e o processamento e o armazenamento de informações estão frequentemente integrados no mesmo hardware, tornando difícil dimensionar a máquina sem adicionar componentes volumosos. Em contraste, a equipa de investigação da ETH Zurich baseou-se no modelo clássico de computação tradicional em que uma unidade central de processamento (CPU) é responsável pelos cálculos e uma memória de acesso aleatório (RAM) é responsável pelo armazenamento temporário de dados. Nesta nova memória de trabalho quântica, a informação não é armazenada da forma eletromagnética usual, mas na forma de vibrações mecânicas.

Na operação real, os qubits supercondutores atuam como processadores e unidades de controle, enquanto os ressonadores mecânicos preservam as informações quânticas durante os cálculos. Sempre que o processador necessita de informações específicas, o qubit supercondutor interage com o modo de vibração selecionado, modificando seu estado quântico antes de colocá-lo de volta na memória. Esta divisão de trabalho aproveita os pontos fortes de ambas as tecnologias: qubits supercondutores são capazes de realizar operações rápidas e fornecer o comportamento não linear necessário para a lógica quântica, enquanto os ressonadores mecânicos são compactos, suportam múltiplos modos de vibração independentes e mantêm estados quânticos por períodos de tempo mais longos.

Para testar esta arquitetura quântica programável, os pesquisadores implementaram com sucesso dois procedimentos computacionais principais: a Transformada Quântica de Fourier e o algoritmo de localização de período. Ambos os testes exigem que o sistema prepare, armazene, conecte e manipule com precisão vários estados quânticos enquanto transfere informações entre o processador e diferentes modos de armazenamento mecânico sem destruir a coerência. Resultados experimentais demonstram que o sistema é capaz de realizar operações de fase controlada e concatenar estados armazenados em sua memória disponível.

Embora esta pesquisa ainda esteja em fase de prova de conceito e ainda não tenha produzido um dispositivo comercial que possa superar os computadores tradicionais, ela provou com sucesso ao mundo exterior que a memória baseada em vibração pode funcionar plenamente como um recurso prático de computação. A equipa de investigação destacou que o principal desafio no futuro reside na escalabilidade, ou seja, aumentar significativamente a capacidade de armazenamento e o poder de processamento, mantendo ao mesmo tempo baixas taxas de erro e conseguindo um controlo fiável de grandes estados quânticos. Os resultados da pesquisa foram publicados oficialmente na revista Science.