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. Mimoriadna kvalita unikátnych Kia SUV modelov
  2. Výnimočný obchod robia výnimoční zamestnanci
  3. Táto dvojica stojí za zrodom slovenského internetu. Ako začínal?
  4. 14 tipov na exotickú dovolenku, ktorú si môžete dovoliť (aj vy)
  5. Štatutári, máte už prístup k elektronickej schránke?
  6. Zabudnite na nové a neekologické PC. Je tu Refurbished!
  7. Volkswagen Arteon je výkladná skriňa technológií
  8. Yeme chce byť výnimočný obchod aj vďaka výnimočným zamestnancom
  9. Lepšie bývať na vidieku, alebo v meste? Hľadali sme výhody
  10. Poznáte pôvod slovenských slov? Otestujte sa
  1. Neviete si rady s vaším ročným vyúčtovaním? Pomôže vám FiiFree
  2. Nadácia Orange ocenila Detský čin roka
  3. Výnimočný obchod robia výnimoční zamestnanci
  4. Mimoriadna kvalita unikátnych Kia SUV modelov
  5. Táto dvojica stojí za zrodom slovenského internetu. Ako začínal?
  6. Aj vy môžete mať pekný trávnik, poradí vám expert
  7. Výrobky, ktoré chutia a voňajú ako z domácej zabíjačky
  8. 14 tipov na exotickú dovolenku, ktorú si môžete dovoliť (aj vy)
  9. Profesionálne sa predaj nehnuteľností dá robiť jedine exkluzívne
  10. HÝBSA Slovensko odštartovalo turné po Slovensku. Buďte pri tom!
  1. Táto dvojica stojí za zrodom slovenského internetu. Ako začínal? 16 629
  2. 14 tipov na exotickú dovolenku, ktorú si môžete dovoliť (aj vy) 15 447
  3. Poznáte pôvod slovenských slov? Otestujte sa 13 126
  4. Lepšie bývať na vidieku, alebo v meste? Hľadali sme výhody 9 817
  5. Volkswagen Arteon je výkladná skriňa technológií 7 992
  6. Čím všetkým som si prešla, aby som sa naučila po anglicky 6 451
  7. Zabudnite na nové a neekologické PC. Je tu Refurbished! 6 409
  8. Yeme chce byť výnimočný obchod aj vďaka výnimočným zamestnancom 6 247
  9. Štatutári, máte už prístup k elektronickej schránke? 3 570
  10. Hyundai H350 je dokonale spoľahlivým partnerom pre biznis 3 016

Hlavné správy zo Sme.sk

DOMOV

Sudca Hrubala: Neviem, či bol Procházka politická objednávka. Vyzerá to tak

Združenie Za otvorenú justíciu sa zrejme zmení na think-tank.

DOMOV

Kaliňák nechal schátrať ubytovňu pre policajtov. Teraz sa jej chce zbaviť

Ministerstvo zaplatilo 175-tisíc za projekt, ktorý skončil v koši.

KULTÚRA

Nie je to dosť dobré. Slovenským filmárom chýba niekto, kto by im to povedal

Režisér György Kristóf oslávil úspech v Cannes v policajnej cele.

KOMENTÁRE

Kto robí Slovensku v Amerike reklamu? Aj statočný pes a splašený medveď

Krajinu často zviditeľnia iba virály.

Neprehliadnite tiež

Originál dokumentu alebo podvrh? Nová technológia spozná hárky papiera

Štruktúra vlákien je pre každý hárok papiera jedinečná. Je ako odtlačok prsta.

Miliardy ľudí čoskoro zažijú nevídanú klímu

Klimatická zmena prebieha nad zemou rýchlejšie ako nad oceánmi. Takmer polovica dnes žijúcich ľudí zažije podnebie aké nepoznáme

Pozerať ale nedotýkať sa. Pľuzgiernik lekársky je náš najjedovatejší chrobák

O prvé miesto v nelichotivom rebríčku sa delí so svojimi príbuznými – májkami, ktorých telo tiež obsahuje jedovatý kantaridín.

Kolíska ľudstva nie je v Afrike ale na Balkáne, naznačuje starodávny zub

Ak by sa potvrdili výsledky nemeckých vedcov, znamenalo by to, že ľudia sa od opíc vývojovo oddelili v Európe.