Kvantová paměť

Dvě skupiny amerických vědců v nedávných dnech nezávisle na sobě provedly fenomenální experiment. V laboratoři se j...


Dvě skupiny amerických vědců v nedávných dnech nezávisle na sobě provedly
fenomenální experiment. V laboratoři se jim podařilo na tisícinu vteřiny
zastavit, "zakonzervovat" a znovu uvést do pohybu světelný paprsek. Tento
experiment může v budoucnosti najít uplatnění při konstrukci superrychlých
kvantových počítačů.
Na zastavení světla pracovala skupina vědců pod vedením Lene Vestergaardové-
Hauové na Harvardově univerzitě a tým vědců z Rowland Institute of Science
vedených Ronaldem Walsworthem a Michailem Lukinem.
Experiment zastavení světla vycházel z poznatků kvantové fyziky. Zatímco
neprůhledné materiály světlo zastaví a světelné záření se přemění na teplo,
které unikne do okolního prostoru, průhledné materiály, jako je např. voda,
sklo nebo krystaly, světelný paprsek pouze zbrzdí. Tento proces se obvykle
projeví známým efektem světelného lomu, když se například tyč ponořená do vody
zdá jakoby nalomená. Podobného, ovšem mnohem mocnějšího efektu využily oba
vědecké týmy. Ke zbrzdění světelného paprsku došlo pomocí atomů podchlazených
par alkalických kovů. Světelný paprsek tvořený fotony se do atomového prostředí
plynu "obtiskl" tak, že bylo následně možné jej obnovit v téměř nezměněné
podobě.
Provedení pokusu proběhlo následovně: Nejprve bylo nutno vytvořit prostředí,
které by umělo paprsek zastavit, aniž by došlo k jeho transformaci na tepelnou
energii. Toto prostředí tvořil mrak atomů alkalického kovu (rubidia nebo
sodíku) ochlazený na extrémně nízkou teplotu (nižší než jedna miliontina stupně
nad absolutní nulou), při níž se již takřka nepohyblivé atomy pomocí
magnetického pole soustředily do malé části prostoru. Aby tento prostor byl
zprůhledněn, bylo použito paprsku řídicího laseru. Světelný paprsek, který
následoval, tak mohl proniknout do připraveného prostředí, kde se pohyboval
velmi nízkou rychlostí (asi 61 km/h), což se jevilo jako jeho zánik. Po vypnutí
řídicího laseru zásobník zneprůhledněl, přičemž v něm druhý světelný impulz
zůstal na jednu milisekundu "uvězněn". Dalo by se říci, že paprsek v tom
okamžiku vskutku zmizel, ale informace o něm zůstala vepsána do kolektivního
stavu vybuzených atomů. Když byl následně řídicí laser uveden do provozu,
prostředí znovu zprůhlednělo, čímž se zastavený paprsek "probudil" a pokračoval
v cestě. Celá operace trvala tisícinu sekundy, což, i když je to pro běžné
lidské vnímání času velmi malá hodnota, znamená v kvantovém světě poměrně
dlouhou dobu. Experiment, o němž informovala všechna média, je často dáván do
spojitosti s konstrukcí kvantového počítače. Tento počítač, milionkrát
rychlejší než současné computery, je založen nikoli na binárním základě o
hodnotách 1 nebo 0, ale na qubitech, které mohou existovat současně v obou
logických stavech. Operace jsou pak prováděny s oběma hodnotami quibitu, dva
quibity budou operovat se čtyřmi hodnotami, tři s osmi atd. Lineární zvyšování
počtu quibitů vede k exponenciálnímu nárůstu "kvantového paralelismu", čehož
lze využít právě k řešení nesmírně složitých výpočtů ve zlomku času. Kvantový
paralelismus, jenž se opírá o existenci kvantových superpozic, nemá ve světě
popsaném klasickou fyzikou obdobu. Na cestě k sestrojení funkčního a
spolehlivého kvantového počítače však stojí několik překážek. Jednou z
nejzávažnějších je problém okolních vlivů. Kvantový systém, v němž proběhne
výpočet, musí být, stejně jako prostředí zásobníku k zastavení světla, naprosto
izolovaný od okolí. Jak toho dosáhnout? Je sice navržen způsob určitých korekcí
výpočtu, které by měly korigovat okolní vlivy, ale toto řešení se zatím
pohybuje pouze v teoretické rovině. Technologie zpomalení a zastavení světla,
která funguje právě na kvantových principech, by mohla přispět nejen k
vytvoření krátkodobé paměti kvantového počítače, ale především k realizaci
kvantové komunikace. Takováto kvantová síť by mohla umožnit nesmírně rychlé
přenosy dat bez možnosti jejich narušení či odposlouchávání. Následující úkol,
který stojí před vědeckými týmy, zní: Naučit se skladovat světlem nesenou
kvantovou informaci.
1 0335 / pah









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.