Kvantový počítač v křemíku

I když loni bylo na poli kvantového počítání dosaženo řady pokroků, stále zůstává problém v tom, že dosáhnout kvantového propletení vyžaduje exotické podmínky a materiály. Novinka by mohla umožnit napojit kvantový počítač na už existující počítačovou architekturu (vstup, výstup, paměť...).


Jednou z vlastní kvantových systémů, využívanou i při návrhu příslušných počítačů, je propletení – entanglement. Jednoduše si to lze představit jako provázání více částic na větší vzdálenost.

 

Při experimentech typu Bellových nerovností můžeme např. vytvořit dvě částice, které mají opačný spin (což v tomto případě vyplývá z nějakého zákona zachování). Dokud ale hodnotu spinu nějaké částice nezměříme/nepodíváme se na ni, obě částice mají pravděpodobnost obou spinů 50 %. Jakmile určíme jeden ze spinů, okamžitě známe i druhý, nemusíme ho už měřit; obě částice byly provázané.

Provázání částic se uplatňuje i při kvantových výpočtech. Právě to, že částice nejsou v jednom určitém stavu, ale mohou jakoby v jeden okamžik zaujímat stavů více (tzv. superpozice), umožňuje teoretický vysoký výpočetní výkon kvantových počítačů. Systém ze dvou částic jakoby v jednom okamžiku mohl „projít" výpočetní prostor 00, 01, 10 a 11; výpočetní rychlost systému z N částic pak může odpovídat až 2 na N (samozřejmě záleží na tom, zda pro danou úlohu máme algoritmus, který by propletení dokázal využít). Z čehož ale současně vyplývá, že provázání dejme tomu 10 částic opravdu nezískáme nic, co by rychlostí připomínalo klasický superpočítač.

 

I když v loňském roce bylo na poli kvantového počítání dosaženo celé řady pokroků, stále zůstává problém v tom, že dosáhnout kvantového propletení vyžaduje exotické podmínky a materiály. Nyní se ale podařilo realizovat entanglement i v křemíku. To by v principu mohlo umožnit napojit kvantový počítač na už existující počítačovou architekturu (vstup, výstup, paměť...).

John Morton z Univerzity v Oxfordu a jeho tým použil plátek křemíku osazený atomy fosforu. Ochladil ho na několik teplot nad absolutní nulu. Směr spinů elektronů v atomech fosforu se pak zarovnal vnějším magnetickým polem a propletených stavů se podařilo docílit dvěma mikrovlnnými pulzy, přičemž první spin vytvořil požadovaný stav spinu elektronů, druhý pulz pak nuceně propojil elektron nejblíže atomového jádra fosforu s tímto jádrem.

V dalším kroku by mělo být propletení atomových jader a elektronů fosforu rozšířeno i na podkladovou křemíkovou mřížku. Výpočet by měl běžet po křemíkovém podkladu asi jako niť, mezivýsledky by se získávaly měřením spinu na mřížce a předávaly do dalšího kroku. Což zní poměrně vágně, nicméně získat současně názornou i přesnou (nezavádějící) představu bývá u kvantového počítání prostě obtížné.

 

Zdroj: New Scientist

 

Poznámka: Chlazení nad absolutní nulu ukazuje, že sice nebyl potřeba exotický materiál, exotické podmínky však stále ano. A nakonec i od samotných propletených stavů je k funkčnímu počítači ještě daleko...











Komentáře