Průlom: kvantové počítače už nepotřebují chlazení

Karel Javůrek  |  Věda

První kvantový počítač loni vyžadoval chlazení na teplotu blízkou absolutní nule. Dnes už bude stačit pokojová teplota. Stabilita qubitu se navíc zvýší o šest řádů.

V polovině minulého roku představila společnost D-Wave Systems první komerční kvantový počítač na světě. Byl to výjimečný milník ve vývoji této technologie. Extrémně omezené možnosti použití, cena deset milionů dolarů a potřeba chladicího systému s tekutým héliem pro kvantové jevy drahých supravodivých materiálů ale snižovala praktickou využitelnost.

Počátkem týdne harvardská univerzita publikovala článek se závěry výzkumu, který odstraňuje jednu z největších překážek a ještě posouvá možnosti kvantových počítačů o neuvěřitelný kus dopředu.

Kvantové počítání při pokojové teplotě

Vědcům z Harvardské univerzity se podařilo odstranit nutnost extrémně nízkých teplot v kombinaci se supravodivými materiály a dokonce rozšířit životnost qubitu o několik řádů. K vyřešení byl navíc použit jeden z nejzákladnějších a nejrozšířenějších chemických prvků na Zemi i ve vesmíru – uhlík.

Konkrétně se jednalo o jeho krystalickou formu uhlíku v podobě diamantu. Vědci v laboratoři vyrobili extrémně čistý diamant, ve kterém se nacházely dvě miniaturní „nečistoty“ o velikosti několika atomů. Pomocí nichž dokázali vytvořit kvantové bity a uložit informaci.

Dosáhli přitom rekordní doby, po kterou bylo možné informaci uložit – dvě sekundy. To je milionkrát déle než doba, které se podařilo dosáhnout kdykoli předtím v rámci supravodivých materiálů a tekutého hélia. Limit uložení dat je dle slov Mikhaila Lukina navíc pouze technologický problém a nemělo by být těžké tuto dobu prodloužit i na hodiny.

Mikhail Lukin (zleva), Georg Kucsko a Christian Latta s dalšími vědci vytvořili kvantové bity při pokojové teplotě a dokázali je využít pro uložení i čtení informace v rekordně dlouhém čase dvou sekund. (Foto: Stephanie Mitchell/Harvard Staff Photographer)

Tento objev byl možný díky několik let staré technologii, která umožňovala tvorbu mikroskopických „nečistot“ chovajících se jako jeden jediný atom. Tyto nečistoty mají spin, který může být snadno polarizován, podobně jako u magnetu. Nyní je možné kontrolovat nejen spin, ale i přesně snímat orientaci. Nové kvantové počítače tak nejspíš budou mít formu optických světelných čipů.

Ukázka nečistoty ve struktuře diamantu (CC: NIMSoffice, další informace viz Wikipedia)

Elegantní řešení přibližuje kvantovou budoucnost

Uložení a čtení informace v rámci stabilního izotopu uhlíku-13 znamená možnost využít kvantové jevy pro pokrok v oblasti výpočetní techniky. Schopnost ukládat dva stavy najednou znamená možnost zpracovat mnohem větší množství výpočtů. Současné technologie totiž v rámci své nejmenší struktury zpracovávají informace postupně a za sebou.

Vědci museli pro spojení NV centra a izotopu uhlíku-13 použít silný laser a soustavu radiofrekvenčních pulzů, aby zamezili ovlivňování od uhlíkových atomů. Tento stav byl u dřívějších kvantových systémů docílen pomocí supravodivých materiálů a teploty blízké nule. To je však již neefektivní minulostí.

Konstrukce kvantových čipů a počítačů

Opět tu máme objev, který posune vývoj technologie o obrovský kus dopředu. Zatímco ještě minulý rok bylo kvantové počítání stále spíše v oblasti sci-fi a nutnost extrémního chlazení naznačovala, že si počkáme minimálně dalších deset let, vše je najednou jinak.

Překonání problému s chlazením a využití standardního prvku v podobě uhlíku znamená, že se prvních reálně použitelných kvantových počítačů dočkáme dříve, než by kdokoli očekával. Nejbližší nasazení kvantových počítačů lze očekávat v dražším segmentu – u superpočítačů a datacenter, kde je nejvíc potřeba co největší výkon.

Poté lze předpokládat i příchod kvantových domácích i mobilních zařízení, které budou mít větší výpočetní výkon, než náš mozek. Ten pak ani nebude stačit sledovat, co se vlastně všude kolem děje.

Nejčtenější