Krok ku kvantovým počítačom?

Kvantové počítače by mohli hravo strčiť do vrecka aj najsilnejšie dnešné superkomputery. Pravda, ak sa ich vôbec podarí postaviť a využiť. Nemusí však ísť iba o číru fantáziu. Tvrdia to vedci z medzinárodného tímu, ktorí našli a vytvorili molekulu, ...

Tento hybridný atóm by mal pomôcť pri vývoji kvantových počítačov. Vizualizácia ukazuje mapu elektrónovej hustoty v materiáli.(Zdroj: ILUSTRÁCIA - Purdue University/David Ebert)

Kvantové počítače by mohli hravo strčiť do vrecka aj najsilnejšie dnešné superkomputery. Pravda, ak sa ich vôbec podarí postaviť a využiť. Nemusí však ísť iba o číru fantáziu. Tvrdia to vedci z medzinárodného tímu, ktorí našli a vytvorili molekulu, aká sa v prírode nevyskytuje. Hovoria o prelome v kvantovom počítaní, lebo dokážu meniť jej kvantový stav podľa potreby.

BRATISLAVA. Zvláštne správanie molekuly v klasickom experimentálnom počítači pomohlo pri objave, ktorý otvára novú cestu kvantovému počítaniu. V časopise Nature Physics vedci opísali, ako sa im podarilo vytvoriť novú, hybridnú molekulu, v ktorej je možné meniť jej kvantový stav podľa potreby. Ide o nevyhnutný krok, na konci ktorého by mohol byť fungujúci kvantový počítač.

"Doteraz boli kvantové počítače vlastne iba snom," tvrdí Gerhard Klimeck z Univerzity v Purdue a riaditeľ americkej Národnej siete pre výpočtovú nanotechnológiu. "Tento objav možno neznamená, že budeme mať kvantové počítače o desať rokov skôr, ale to, že naše sny o týchto strojoch sú teraz reálnejšie."

Skratka naprieč časom

Princíp fungovania klasických počítačov sa prakticky nezmenil od päťdesiatych rokov uplynulého storočia. Vtedy ešte dokázali zaplniť veľkú miestnosť. Dnes sú síce oveľa menšie, no stále využívajú ako základnú jednotku informácie bity a pracujú v dvojkovej sústave, v ktorej jednotka znamená áno a nula nie. Kvantové počítače by však dokázali ťažiť práve zo zvláštneho neurčitého správania kvantového sveta, pričom by využívali informáciu nesenú kvantovými bitmi, alebo q-bitmi. Vedeli by spracúvať informácie nie postupne, ale naraz.

Ak by sme chceli od klasického počítača, aby zistil konkrétne telefónne číslo, musel by sa podľa zadaného poradia pozrieť na každé číslo v zozname, kým by nenašiel správne. Počítače to síce dokážu omnoho rýchlejšie ako ľudia, stále je to však iba postupné riešenie problému. Kvantový počítač by sa v princípe dokázal pozrieť na všetky telefónne čísla naraz, v jedinom okamihu. Nastalo by to, čo popularizátor vedy George Johnson nazval skratkou naprieč časom.

Aj tam, aj tu

Kvantové počítače by mohli využiť výhodu čudesného správania častíc vo svete kvantovej mechaniky, ktoré ide proti bežnej logike príčiny a následku, na akú sme si zvykli z nášho makrosveta. Takže nijaký zákon napríklad nezakazuje dvom kvantovým počítačom, aby spolu komunikovali na akúkoľvek vzdialenosť; v princípe by mohli byť v neustálom spojení aj na rôznych planétach Slnečnej sústavy.

Je známe, že jeden z tvorcov kvantovej mechaniky Albert Einstein sa vzpieral uveriť čudnému fungovaniu kvantového sveta. Raz napísal tvorcovi vlnovej rovnice Erwinovi Schrödingerovi, že ak má kvantová mechanika pravdu, potom v sude plnom pušného prachu vedľa seba spolunažívajú nevybuchnuté, no aj vybuchnuté molekuly. To neskôr podnietilo Schrödingera k slávnemu myšlienkovému experimentu s mačkou v zavretej škatuli, ktorá nie je ani živá, ani mŕtva, ale v superpozícii oboch stavov.

Ťažko definovateľný kvantový stav, ktorý možno opísať ako "tu aj tam", prípadne "ani tu, ani tam", teraz možno pomocou novej molekuly kontrolovať relatívne jednoducho: regulovaním napätia v tranzistore.

Najväčšia výzva

Až doteraz bolo najväčšou výzvou vytvoriť počítačový polovodič, v ktorom by bolo možné kontrolovať kvantový stav, čím by sa vytvoril q-bit.

"Ak chcete skonštruovať kvantový počítač, musíte kontrolovať kvantové stavy," cituje Klimecka tlačové oznámenie Univerzity v Purdue. "V atóme novej umelej molekuly dokážeme kontrolovať pozíciu elektrónu, čím súčasne kontrolujeme aj kvantový stav s pomocou vonkajšieho elektrického poľa."

Cesta k objavu sa začala v čase, keď Sven Rogge s kolegami z technickej univerzity v holandskom Delfte experimentovali s nanotranzistormi, ktoré dokázali odhaliť vplyv náhodných nečistôt. Vedci našli také vlastnosti tranzistora, ktoré naznačovali, že elektróny sa preskupujú s pomocou jediného "nečistého" atómu. Tím Lloyda Hollenberga z Melbournskej univerzity s využitím konceptu nečistoty teoreticky skonštruoval kvantový počítačový čip na báze kremíka.

"Zistili sme, že merania dávali zmysel iba vtedy, ak sme molekulu rozdelili na dve časti," povedal Hollenberg. "Jeden koniec atómu arzénu bol uložený v kremíku, zatiaľ čo druhý, umelý koniec molekuly, pri povrchu tranzistora."

Jediný elektrón sa rozprestieral po oboch koncoch molekuly. Hollenberg: "Keď do tranzistora pustíme elektrický prúd, povrchový koniec molekuly funguje ako artefakt. Preto ju môžeme považovať za ľudský výtvor. Zatiaľ nevieme o tom, že by sa niečo podobné vyskytovalo v prírode okolo nás."

Klimeck spolu so svojím študentom Rajibom Rahmanom pomocou špecializovaného programu vytvorili model molekúl, ktorý pozostáva až z troch miliónov atómov. "Potrebovali sme veľký počet atómov, aby sme videli nové kvantové charakteristiky," hovorí Klimeck. Pomocou tejto simulácie vedci odhalili, že molekula je vlastne hybrid, ktorý obsahuje prirodzene sa vyskytujúci arzén s okrúhlym trojrozmerným tvarom na jednom konci, a nový, umelý atóm na druhom konci. Tento druhý koniec je však plochý, iba s dvoma rozmermi. Zmenou napätia potom bolo možné regulovať prechod elektrónu z jedného konca molekuly na druhý, prípadne molekula mohla existovať v neurčitom kvantovom stave. Elektróny tak teoreticky môžu fungovať s presnosťou, ktorá je v klasických systémoch nedosiahnuteľná.

Elektronika, akú poznáme dnes, nemôže prekonať hranicu mikrosveta. Preto raz prestane platiť aj klasický Mooreov zákon, ktorý hovorí o zdvojnásobení počtu prvkov na jednom čipe za 18 mesiacov. Podľa odborníkov takáto situácia nastane okolo roku 2015. Kvantová mechanika otvára úplne nový svet vnútri atómu. Obmedzenia z makrosveta, týkajúce sa aj manipulácie s informáciou, tu prestávajú platiť.

Miniaturizácia a nárast výkonu výpočtovej techniky pokračujú, no v klasickom svete majú svoje hranice. Príde potom čas kvantových počítačov? ILUSTRAČNÉ FOTO - ČTK/AP Stĺpček Michala Ača

Najčítanejšie na SME Tech


Inzercia - Tlačové správy


  1. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me
  2. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  3. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  4. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  5. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me
  6. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami
  7. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  8. Lety do exotiky už aj z Bratislavy
  9. Nonstop banka vo vrecku - aplikácia Mobil Banking
  10. Ako sme jazdili v socializme
  1. Už aj seniori presadajú do SUV
  2. 6 účinkov prírodného slovenského výrobku
  3. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov
  4. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov
  5. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me
  6. Stavebný úrad neoprávnene predĺžil americkej ambasáde lehotu
  7. Grantová výzva na vykonávanie činností centier Europe Direct
  8. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami
  9. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť
  10. Lety do exotiky už aj z Bratislavy
  1. Let s prestreleným srdcom: Samovraždy slovenských hercov 24 441
  2. Ako sme jazdili v socializme 2 608
  3. Lety do exotiky už aj z Bratislavy 1 503
  4. Daikin predĺžil záruku na klimatizácie so službou Stand By Me 1 471
  5. Problémy s počatím? Čo vás čaká na ceste za dvomi čiarkami 1 079
  6. TAURIS výrobky na gril potešia gurmánov aj maškrtníkov 980
  7. Ako pracujú horskí záchranári? Tieto veci by ste nemali podceniť 857
  8. Zo stredomorskej stravy sa nepriberá 851
  9. Túžite po práci z pláže? 7 rád, ako sa stať digitálnym nomádom 685
  10. Prísne kontroly a veľa tepla. Takto sa vyrába mlieko 676

Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Súboj v koalícii Danko rozpútal a aj naň doplatil

Šéf SNS zváži odchod z politiky. Politológ hovorí, že predvídateľnosť jeho krokov sa stále znižuje.

KOMENTÁRE

Ficov perfektný deň a Dankova estráda ega

Novinári sa museli prehrabávať v úlomkoch Dankovho poníženia.

DOMOV

Reportér Týždňa: Videl som, ako Fico Danka prekvapil a rozčúlil

Magušin sa s Dankom rozprával počas Ficovej tlačovky.

Neprehliadnite tiež

V Antarktíde našli desiatky skrytých sopiek. Vedci chcú čím skôr zistiť aktivitu

Sopky by mohli ešte viac destabilizovať ľadový príkrov na kontinente.

Majú schopnosť superhrdinov. Prečo sú niektoré zvieratá priesvitné?

Krehké zvieratá roztrhne aj jemné rozvírenie vody.

ANKETA SO SLOVENSKÝMI VEDCAMI

Odstúpenie ministra vedu nespasí, rovnako ako rakovinu nevyliečia lieky proti bolesti (anketa s vedcami)

Slovenskí vedci reagujú na návrh odvolania ministra školstva Petra Plavčana.

Včelia materská kašička môže ukrývať spôsob, ako rýchlejšie hojiť rany

Výskum môže predstavovať ďalší dôvod, prečo chrániť včely.