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

Na spracúvanie osobných údajov sa vzťahujú Zásady ochrany osobných údajov a Pravidlá používania cookies. Pred zadaním e-mailovej adresy sa, prosím, dôkladne oboznámte s týmito dokumentmi.

Najčítanejšie na SME Tech

Inzercia - Tlačové správy

  1. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  2. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  3. Zmrzlina v Mekáči má u nás kratšiu záruku ako v Rakúsku. Prečo?
  4. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  5. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  6. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  7. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  8. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení
  9. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia
  10. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu!
  1. Zmrzlina v Mekáči má u nás kratšiu záruku ako v Rakúsku. Prečo?
  2. Dubravské Čerešne majú sladké prekvapenie pre najrýchlejších!
  3. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne
  4. Veríte brusniciam pri zápaloch močových ciest? Nemusia stačiť
  5. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí
  6. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice?
  7. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie
  8. Salón architektov A0 – Coneco 2018
  9. Záhradný nábytok: aký materiál je najlepší?
  10. Životné jubileum prof. Ing. Jaroslava Valáška, PhD.
  1. Aká je ideálna vlhkosť a teplota v byte? Výskum hovorí jasne 19 589
  2. Infografika: Slováci minuli na Pohode historicky najviac peňazí 14 911
  3. Zmrzlina v Mekáči má u nás kratšiu záruku ako v Rakúsku. Prečo? 11 183
  4. Dobrú chuť: Letné šaláty a bizarné praktiky food fotografie 10 727
  5. Vyberiete si radšej romantický Paríž alebo slnečné Nice? 8 416
  6. Ulovte si last minute dovolenku so zľavou do 70% 6 082
  7. O asistovanej reprodukcii sa šíri množstvo zavádzajúcich tvrdení 4 682
  8. Pivovar Šariš rozdá tisíce eur, o časti peňazí rozhodnú ľudia 3 642
  9. Iná tvár Mexika: Nocovanie s Indiánmi, dobrodružstvo v džungli 2 537
  10. Volkswagen Golf GTI TCR naživo na Slovakia Ringu! 2 241