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. Na bolesti chrbta pomôžu kúpele
  2. 3 úlohy, ktoré vyrieši minerálna vlna najlepšie
  3. Volkswagen Golf: Viac, než facelift
  4. Plavba východným Stredomorím so slovenským sprievodcom
  5. Hotovosť, internet či karta? Najbezpečnejšie je platenie mobilom
  6. Už ste niekedy jedli v garáži? Tá v Trenčíne stojí za to
  7. Staré Dobré Mexiko: Už vieme prečo východniari chvália Šariš
  8. Objavte netušené možnosti nových firemných kreditných kariet
  9. Najväčšie first moment zľavy končia vo februári
  10. Boj s podvodníkmi stáčajúcimi odometre stojí bazáre státisíce
  1. Projekt "Zvýšenie odborných kapacít v oblasti práce s mládežou"
  2. Malé knedličky, veľké dojmy
  3. Volkswagen Golf: Viac, než facelift
  4. Plavba východným Stredomorím so slovenským sprievodcom
  5. Projekt First Lego League podporila Nadácia Pontis
  6. Klienti majú často pocit, že potrebujú spracovať len projekt
  7. Na bolesti chrbta pomôžu kúpele
  8. Na bolesti chrbta pomôžu kúpele
  9. 3 úlohy, ktoré vyrieši minerálna vlna najlepšie
  10. Svadba v kraji lietajúceho mnícha Cypriána
  1. Už ste niekedy jedli v garáži? Tá v Trenčíne stojí za to 10 912
  2. Hotovosť, internet či karta? Najbezpečnejšie je platenie mobilom 10 796
  3. Staré Dobré Mexiko: Už vieme prečo východniari chvália Šariš 8 804
  4. Boj s podvodníkmi stáčajúcimi odometre stojí bazáre státisíce 6 474
  5. Najväčšie first moment zľavy končia vo februári 5 380
  6. Prečo majú Slováci stále radšej hypotéku ako prenájom? 4 602
  7. Plavba východným Stredomorím so slovenským sprievodcom 3 975
  8. Bezpečné a prestížne bývanie v Bratislave s novým symbolom mesta 3 735
  9. Klasickým gastrolístkom konkuruje už aj nová stravovacia karta 3 077
  10. Objavte netušené možnosti nových firemných kreditných kariet 2 841

Hlavné správy zo Sme.sk

KOMENTÁRE

Pozrite, čo sa stalo na Slovensku, hromží Trump pred kamerami (Komentár Máriusa Kopcsaya)

Preceňovanie utečeneckej témy odpútava pozornosť od úplatkov.

KOMENTÁRE

Férové, ale drsné ultimátum z USA (Schutzov týždeň)

Prečo je balvanom v oku ten iliberál, ktorý nevládne?

Blog prezidenta SZĽH

Silné reči o Slovane v KHL hokej nespasia

Spor Lintner vs. Krajči ukázal, aké zbytočné sú silné reči veľkých chlapcov.

EKONOMIKA

Do Ameriky a späť sa dá letieť za menej ako 150 eur

Norwegian už predáva letenky za menej ako sto eur.

Neprehliadnite tiež

Je vám naponáhlo? Appka prezradí, kde je najbližší voľný záchod

Japoncom sa už nestane, že kým stoja v rade na WC, iné kabínky v dosahu chôdze sú prázdne.

Rýchle mobilné 5G siete sú na dosah, testuje ich viacero operátorov

Nové technológie pomôžu rozvoju internetovej infraštruktúry. Odbremenia sa káble, viac dát pôjde vzduchom.

Lieči sklerózu multiplex: Pacienti sa niekedy uchyľujú až k nebezpečným alternatívam

Liečba na mieru sa postupne stáva medicínskym trendom, tvrdí pre SME slovenský lekár a neurovedec Tomáš Kalinčík.

Google pomôže moderovať diskusie a upozorňovať na toxické komentáre

Moderátori nebudú musieť čítať tisíce príspevkov. Na problémové texty ich upozorní počítačový automat.


Už ste čítali?

Domov NajnovšieNajčítanejšieDesktop