Stačí zamířit iontový paprsek na křemík – a máme kvantový počítač

Vezměte atom antimonu, vystřelte jej za pomoci iontového paprsku do křemíkového substrátu – a jste na správné cestě k vybudování funkčního kvantového počítače. Alespoň tak to popisují výzkumníci v americké Národní laboratoři Sandia. Ti koncem května rozeslali oznámení, že tuto techniku použili s velmi nadějnými výsledky.

Stačí zamířit iontový paprsek na křemík – a máme kvantový počítač


Ve svém experimentu, popsaném v odborném magazínu Applied Physics Letters, vědci pomocí generátoru iontového paprsku vpravili atom antimonu do standardního průmyslového křemíkového substrátu – proces, který zabere pouhé mikrosekundy času.

Takový atom, „vyzbrojený“ pěti elektrony, tak na sebe váže o jeden elektron více než standardní atom křemíku. Protože elektrony se spojují po dvojících, jeden elektron původního antimonu zůstane volný.

A právě v tomto volném elektronu spočívá potenciál celé metody. Vědci jej podrobili tlaku z elektromagnetického pole a měřili jeho „spin“, tedy, extrémně jednoduše řečeno, zda mířil nahoru či dolů (ačkoli pojmy nahoru a dolů jsou v kvantovém světě poněkud odlišné). Podstatné je, že spin je to, co umožňuje elektronům sloužit jako kvantové bity, tedy qubity, což jsou klíčové součásti kvantových počítačů.

Zatímco tradiční počítače berou v úvahu pouze jedničky nebo nuly, qubit může být zároveň 1 nebo 0 skrze stav zvaný superpozice. Nyní, když se výzkumníkům podařilo vložit jeden „dárcovský“ atom do křemíku, doufají, že se jim povede vložit druhý do přesné vzdálenosti, která jim umožní vzájemnou komunikaci. To by v principu znamenalo začátek fungujícího integrovaného obvodu kvantových počítačů.

Natolik významný objev skutečně je.

V Sandii plánují pokusit se o vybudování kvantového obvodu později, ale ještě v průběhu tohoto roku. „Naše metoda je slibná, protože bere v potaz spin elektronu spíše, než jeho elektrický náboj. Informace tak není ‚spolknuta‘ statikou a zůstává srozumitelná po poměrně dlouhou dobu,“ říká výzkumnice Meenakshi Singhová.

Fakt, že metoda využívá křemík, je jednou z jejích dalších výhod. Komerční výrobní technologie křemíku jsou již nyní na vysoké úrovni a o mnoho levnější, než specializované supervodivé materiály.

Ačkoli některé části experimentu byly již dříve demonstrovány, nyní je to poprvé, co všechny fungovaly dohromady k vytvoření jediného čipu, s každým qubitem na přesném místě. Jiné postupy použily spíše brokovnicový princip, což znamená, že vědci mohli jen hádat, kde se jaký qubit nachazí pomocí metody statistického odhadu.

Z části díky větší přesnosti může nová technika umožnit výrobcům tvorbu komplikovanějších, multi-qubitových struktur, které by jiné metody nezvládly, dodávají vědci.

Úvodní foto: Randy Montoya/Sandia National Laboratories










Komentáře