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. Kedy sa refinancovanie oplatí?
  2. 3 mýty, ktorým ste možno uverili. Ale ako je to naozaj?
  3. Novinka v realitnom biznise! Zatiaľ dostupné len v Grand Koliba
  4. FemFest 2017 ponúkne beh na opätkoch i koncert známej speváčky
  5. Plug-in, hybrid alebo elektromobil? Poradíme, ako správne vybrať
  6. Bývajte v budove, po ktorej sa prechádzal Schöne Náci
  7. Trenčania to chcú mať všade blízko. Kde kupujú byty?
  8. ENGIE Services odovzdala do prevádzky novú kotolňu v Košiciach
  9. Poistenci VšZP už nebudú platiť 17 centov v lekárňach za recepty
  10. Potraviny typické pre váš región nájdete už aj v Kauflande
  1. Novinka v realitnom biznise! Zatiaľ dostupné len v Grand Koliba
  2. 3 mýty, ktorým ste možno uverili. Ale ako je to naozaj?
  3. FemFest 2017 ponúkne beh na opätkoch i koncert známej speváčky
  4. Slávnostná imatrikulácia SvF STU v Bratislave
  5. Unverzita vyTVORená nápadmi študentov!
  6. Slovenské mestá môžu využiť eurofondy na zelené strechy
  7. Plug-in, hybrid alebo elektromobil? Poradíme, ako správne vybrať
  8. Program obnovy chodníkov v Starom Meste schválený
  9. Stavebná fakulta STU získala certifikát EUR-ACE
  10. Stavebná fakulta STU získala certifikát EUR-ACE
  1. Poistenci VšZP už nebudú platiť 17 centov v lekárňach za recepty 9 711
  2. Plug-in, hybrid alebo elektromobil? Poradíme, ako správne vybrať 3 727
  3. Lokalita pod Kolibou výrazne mení svoju tvár 3 115
  4. Trenčania to chcú mať všade blízko. Kde kupujú byty? 3 049
  5. Exotické destinácie s priamym letom z Viedne 2 190
  6. Kedy sa refinancovanie oplatí? 1 618
  7. Bývajte v budove, po ktorej sa prechádzal Schöne Náci 1 618
  8. Zabudnite na nové a neekologické PC. Je tu Refurbished! 1 451
  9. Potraviny typické pre váš región nájdete už aj v Kauflande 1 437
  10. ENGIE Services odovzdala do prevádzky novú kotolňu v Košiciach 1 042

Hlavné správy zo Sme.sk

Nadhľad Matie Lenickej

Radi by sme mali istotu, že ráno ešte bude svetlo

Rozumieme, komu najviac nahráva a vyhovuje Kiskova kauza. Veríme, že ju vyrieši so cťou.

Komentár Petra Schutza

Gajdošovi sa veriť nedá, pre Danka

V Smer-SNS-Híd je kapitán veľkým pánom.

EKONOMIKA

Zákon na ochranu médií sa dá ľahko obísť

Legislatíva zakazuje, aby majiteľ vlastnil printové aj elektronické médiá zároveň.

Neprehliadnite tiež

Microsoft rozseká Windows 10 Mobile, chystá modulárnu Andromedu

Nová stratégia zníži náklady na vývoj i podporu. Microsoft chce byť dostupnejší pre výrobcov.

Geológ: Ochladili Zem a vyhubili ľudí. Našu planétu čaká supererupcia

Výbuch supervulkánu by bol aj dnes katastrofický, hovorí geochronológ Martin Danišík, ktorý publikoval v prestížnom vedeckom časopise.

Klimatológovia: Hurikány spôsobili tento rok najdrahšie škody v histórii

Čo hovoria odborníci na tohtoročnú rekordnú sezónu hurikánov.

Google začal linkovať adresy a telefónne čísla

Ak často prepisujete v mobile kontaktné údaje, už to nebudete musieť opakovať.