Aktuální číslo:

2021/11

Téma měsíce:

Velká data

Kvantový počítač je zase o krok blíž

 |  1. 11. 2021
 |  Vesmír 100, 658, 2021/11

Tradiční počítače se již blíží limitu svého výkonu. Pro nástup nových technologií je potřeba zvýšit jejich výkon přechodem na kvantové počítače. Ty využívají takzvaných qubitů, které fungují na principu pravděpodobnosti. Mohou nabývat hodnot 0, 1 a všech mezi tím. Qubity navíc znají kvantové stavy okolních sousedů, a můžou tak pracovat paralelně a mnohem rychleji.

Dlouho se bádalo nad tím, jak vytvořit qubit, který bude funkční i bez teploty blízké absolutní nule, vakua nebo komplexních laserových systémů. To se podařilo díky specifickým vlastnostem diamantu, které pomáhají chránit před šumem a teplotními vibracemi. Qubit v syntetickém diamantu se skládá z atomu dusíku a prázdného místa neboli vakance, které nahrazují dva sousední atomy uhlíku v diamantové mřížce. Volný elektron lokalizovaný na vakanci pak slouží jako základní qubit. S jeho směrem rotace, tedy spinem, lze manipulovat pomocí mikrovlnného pole a výsledný kvantový stav lze „číst“ opticky pomocí světla, které qubit vydává po ozáření laserem.

Problémem ale zůstávalo, jak vyřešit integraci qubitu na tištěný spoj, jak prodloužit jeho stabilitu a jak kvantově provázat několik qubitů mezi sebou.

Tyto otázky se podařilo z velké části vyřešit. Ukázalo se totiž, že qubity lze číst nejenom opticky, ale i elektricky. Při dostatečném ozáření qubitu laserem dochází totiž k uvolnění jeho elektronu, takže vzniká elektrický proud, který se detekuje připojením elektrod na diamant. Elektrický způsob čtení tak usnadňuje propojení qubitu s okolní elektronikou a zároveň přináší nové možnosti konstrukce kvantového počítače.

Elektrickou metodou se nyní podařilo přečíst i jaderný neboli nukleární spin přilehlého dusíku. Dostává se tím nukleární qubit, který je mnohem stabilnější, a navíc dokáže s tím elektronovým komunikovat. Na takto vzniklém qubitovém páru byly nyní demonstrovány základní logické operace. K vytvoření prvního diamantového kvantového procesoru na světě už tedy chybí jen zdokonalit síť dusík-vakance qubitů.

Gulka M. et al.: Nature, 2021, DOI: s41467-021-24494-x

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Informatika, Kvantová fyzika
RUBRIKA: Mozaika

O autorovi

Michal Gulka

Michal Gulka (1988) vystudoval biomedicínské inženýrství na ČVUT. V rámci bilaterální spolupráce s belgickou Hasselt University obdržel doktorát v oblasti kvantové fyziky. V Belgii se také jako postdok věnoval tematice kvantových počítačů. Nyní působí na Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR v Praze.

Gulka Michal

Doporučujeme

(Ne)chemické toulky chemickým prostorem

(Ne)chemické toulky chemickým prostorem uzamčeno

Ivan Čmelo, Daniel Svozil  |  1. 11. 2021
Zkusme si představit všechny chemické látky, které by bylo možno připravit, od vodíku až po makromolekuly včetně nukleových kyselin a bílkovin....
Život spjatý s krví: od nemocí k adaptacím

Život spjatý s krví: od nemocí k adaptacím

Ondřej Vrtiška  |  1. 11. 2021
Život hematologa Josefa Prchala se mohl vyvíjet jinak, kdyby… Kdyby se v šedesátých letech daly v Praze snadno sehnat látky potřebné pro výzkum....
Skleníkové peklo na Venuši a šance na život

Skleníkové peklo na Venuši a šance na život

Julie Nováková, Martin Ferus  |  1. 11. 2021
Byla Venuše už od svého zrození horkým peklem? Co když ještě donedávna překypovala životem a z modrého, Zemi podobného drahokamu ji ve žhnoucí pec...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné