Austrálskym vedcom sa vôbec po prvý raz v histórii podarilo zhotoviť obvod kvantového počítača, ktorý obsahuje všetky komponenty typické pre klasické počítačové čipy, avšak v kvantovej mierke, informuje ScienceAlert.

Jedná sa o jeden z najdôležitejších objavov pre kvantovú výpočtovú techniku a je výsledkom takmer desaťročného výskumu.

Simulovanie molekúl

Za míľnikom stoja vedci špičkovej austrálskej spoločnosti Silicon Quantum Computing (SQC), ktorá v roku 2012, ako prvá na svete, vyhlásila vytvorenie prvého kvantového tranzistora. K úspechu zároveň dochádza o dva roky skôr, než firma plánovala, píše Scimex.

Tím vedcov využil nový kvantový procesor na presné modelovanie kvantových stavov malej organickej molekuly polyacetylénu a dokázali tak, že ich zariadenie je vhodné pre modelovanie kvantových systémov.

Každý atóm tejto molekuly mal niekoľko kvantových stavov, s ktorých vypočítaním mohol mať klasický počítač problémy.

anusorn_nakdee/freepik

„Je to najvzrušujúcejší objav mojej kariéry,“ vyhlásila kvantová fyzička Michelle Simmonsová, zakladateľka spoločnosti SQC a zároveň dodala, že jedným z najdôležitejších krokov je vytvorenie materiálu, ktorý je supravodivý aj pri vyšších teplotách.

Výskum v tomto smere majú pomôcť práve kvantové počítače, ktoré dokážu simulovať interakcie atómov a molekúl oveľa efektívnejšie, presnejšie a rýchlejšie, než klasické počítače.

Kvantové bodky

Za účelom vytvorenie tohto jedinečného kvantového obvodu použili vedci skenovací tunelovací mikroskop, pomocou ktorého umiestnili kvantové bodky s presnosťou na necelé nanometre.

Presnosť bola potrebná, keďže mal obvod napodobniť pohyb elektrónov po vláknach uhlíka s jedným a dvomi viazaniami v spomínaných polyacetylénových molekulách, vysvetľuje tím vedcov v štúdii zverejnenej v žurnále Nature.

Jednalo sa o extrémne komplikovaný proces, keďže vedci museli presne určiť počet atómov fosforu v týchto kvantových bodkách a tiež vzdialenosť jednej bodky od druhej. Potreba tak presného umiestnenia kvantových bodiek pramenila z ich správania sa – ak by sa nachádzali príliš blízko, navzájom by sa ovplyvňovali a v opačnom prípade mohla nastať príliš vysoká náhodnosť.

user6614106/freepik

Výsledný kvantový čip pozostávajúci z kvantových bodiek v kremíku pozostával celkovo z desiatich takýchto bodiek a dvojité väzby atómov uhlíka simulovali menšími medzerami medzi nimi.

Bezprecedentná efektivita

Kým klasický počítač simulujúci molekulu penicilínu potrebuje až 10⁸⁶ tranzistorov (viac, ako je atómov v pozorovateľnom vesmíre), kvantový počítač to zvládne s 286 qubitmi. To je síce viac, než majú dnešné experimentálne kvantové počítače, avšak v súlade s realitou.

Ďalším možným využitím je výskum umelej fotosyntézy či tvorba hnojív. Kvantové počítače sú totiž ideálne pre simulovanie reálnych procesov v molekulách, ktoré sú pre klasické počítače príliš komplexné a to aj napriek tomu, že sa jedná len o hŕstku atómov.