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, aká s

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

a 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. 3 pravidlá pre lepší dôchodok
  2. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€
  3. Ako sa zbaviť chladnej podlahy
  4. Čerešne - miesto, kde môžete žiť podľa seba
  5. Všetky okresy svojimi pobočkami pokrývajú len tri banky
  6. Vyrábajú v malom, no presadili sa. Sessler a Farmárske lupienky
  7. Ochráňte pred zlodejmi celé vozidlo vďaka VAM Akustik
  8. V tomto roku si už konečne užijem Vianoce bez vrások
  9. Online analýza spotreby elektriny vám pomôže ušetriť
  10. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií
  1. Všetky okresy svojimi pobočkami pokrývajú len tri banky
  2. Ochráňte pred zlodejmi celé vozidlo vďaka VAM Akustik
  3. Čerešne - miesto, kde môžete žiť podľa seba
  4. Nová michalovská nemocnica otvorí brány: toto musíte vidieť!
  5. Vyrábajú v malom, no presadili sa. Sessler a Farmárske lupienky
  6. Mladí vodiči preferujú čoraz silnejšie autá
  7. Ako sa zbaviť chladnej podlahy
  8. V tomto roku si už konečne užijem Vianoce bez vrások
  9. Online analýza spotreby elektriny vám pomôže ušetriť
  10. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií
  1. 3 pravidlá pre lepší dôchodok 7 017
  2. Moskva alebo Petrohrad? 5 664
  3. Ako pracujú poisťováci? Dostali sme sa medzi nich 3 140
  4. Slovenské deti dostávajú mesačne 22€ 2 739
  5. Nepríjemná bolesť. Tu sú 3 rady, ako sa jej zbavíte 2 281
  6. VW Tiguan Allspace: prvé sedemmiestne SUV od Volkswagnu 2 279
  7. Stavba domu na kľúč – úspora času aj financií 2 170
  8. Online analýza spotreby elektriny vám pomôže ušetriť 1 379
  9. Jubilejná desiata KOCKA privíta zákazníkov v Starej Ľubovni 1 298
  10. 5 zaujímavostí, ktoré ste o koži možno nevedeli 1 190

Hlavné správy zo Sme.sk

EKONOMIKA

Ak sa bude chcieť pacient objednať, vyšetrenie nech si zaplatí sám

Minister zdravotníctva Tomáš Drucker chce zmeniť spôsob objednávania pacientov.

DOMOV

Dobré ráno: Fico má strach? Zase sa pustil do prezidenta

Prečo Fico zaútočil na Kisku? A čo sa deje v Smere?

KOMENTÁRE

Akékoľvek súkromné peniaze do zdravotníctva sú vítané

Ľudia si za doplnkové ordinačné hodiny priplatia.

Neprehliadnite tiež

Aká je kvalita vzduchu vo vašom meste? Skontrolujete si ju online

Kvalitu ovzdušia môžete sledovať po hodinách.

Vyskúšali sme Vernee Mix 2, lacný smartfón s obrovským displejom

Extrémne tenké rámčeky, veľký displej a rýchle reakcie. Čínsky smartfón chce zahanbiť veľké značky.

OBJEKTÍV

Hľadali príšeru. Namiesto nej našli v jazere staroveký hrad

Tritisícročný hrad zrejme patril do kráľovstva Urartu v okolí jazera Van.

Z kávovej usadeniny vyrobia palivo

Oleje z usadenín môžu poslúžiť pre odľahčenie fosílnych palív.