Austrálski vedci sa vo svojom novom výskume publikovanom v žurnále Science Advances nazdávajú, že odstránili najväčší problém v oblasti kvantových počítačov. Výskum by v konečnom dôsledku mohol pomocť k vývoju plnohodnotných kvantových počítačov, ktoré by boli schopné pracovať s miliónmi qubitov. Na tému upozornil portál SciTechDaily.

Problematika kvantových počítačov

Ako píše ABC, kvantové počítače v sebe ukrývajú potenciál vyriešiť niektoré dôležité úlohy a problémy až miliónkrát rýchlejšie ako konvenčné počítače. Napriek vysokým investíciám ale plnohodnotné využitie kvantových počítačov zostáva naďalej iba „hudbou“ budúcnosti.

Najmodernejšie kvantové počítače dokážu pracovať iba s niekoľkými desiatkami qubitov, pričom realizácia globálne významných aplikácií vyžaduje procesory s viac ako miliónom qubitov. Otázkou tiež zostáva, ako ovládať milióny qubitov súčasne bez toho, aby kvantové čipy nezaberali veľa miesta, neboli preplnené a neprehrievali sa.

Práve tieto problémy rieši uvedená štúdia, v ktorej odborníci predstavili úplne novú technológiu, ktorá by v sebe mohla ukrývať odpovede na tieto otázky, upozorňuje portál ScienceAlert.

Problém s teplom

Kvantové počítače využívajú qubity na spracovanie a uchovanie kvantových informácií. Qubit je jednotka kvantovej informácie, s ktorou pracujú kvantové počítače. Je odvodená od bitu, avšak okrem hodnôt 0 a 1 dokáže nadobudnúť obe hodnoty súčasne – tento stav je potom známy ako superpozícia.

Jarryd Pla a Andrew Dzurak podielajúci sa na výskume. UNSW

Na to, aby si qubity zachovali svoje kvantové schopnosti, musia byť chladené (sú náchylné na rôzne typy rušenia). Súčasné kvantové čipy sa udržujú v špecializovaných chladiacich systémoch, kde sú ochladzované až na -273 °C. Čo sa týka riadenia, v kremíkových kvantových procesoroch sú informácie uložené v jednotlivých elektrónoch, ktoré sa nachádzajú pod miniatúrnymi elektródami na povrchu čipu. Presnejšie sú qubity zakódované do spinu elektrónu.

Vedci na riadenie qubitov a ich nastavenie do stavu superpozície privádzajú prúd pomocou vodiča do blízkosti qubitov, kde sa vytvorí magnetické pole, ktorým sa riadi spin. Problém je, že tieto riadiace vodiče prenášajú teplo a čím viac qubitov chceme riadiť, tým viac vodičov potrebujeme.

Navyše vodiče zaberajú na čipe cenný priestor a každý qubit potrebuje svoje vlastné riadiace pole. Hoci súčasné technológie si hravo poradia s 50, či 60 qubitmi, od milióna sme poriadne ďaleko.

Nový prelomový prístup 

Uvedené problémy teraz vedci obišli spôsobom, že generujú jedno „globálne“ magnetické pole, ktoré dokáže ovládať všetky qubity súčasne. Nejde o žiadnu novinku, tento nápad mali vedci zaoberajúci sa kvantovými technológiami už v 90. rokoch minulého storočia. Až doposiaľ však neexistovalo praktické riešenie.

Autori novej štúdie to teraz dokázali pomocou zariadenie známeho ako dielektrický rezonátor. Ide o kryštálový hranol vyrobený z tantalátu draselného, ktorý na krátku dobu zachytí mikrovlny aj pri veľmi nízkych teplotách.

Ako píše portál NewAtlas, trik spočíva v tom, že zachytené mikrovlny sú v rezonátore zmenšené na menšiu vlnovú dĺžku pod jeden milimeter, čím sa vytvorí riadiace magnetické pole. Kryštál sa nachádza nad čipom, takže magnetické pole vychádza zo spodnej časti kryštálu.

V experimente vedci vygenerovali pomocou dielektrického rezonátora magnetické pole teoreticky schopného riadiť až 4 milióny qubitov. Navyše sa ukázalo, že na vytvorenie toho magnetického poľa postačuje len malé množstvo energie. Je však nutné podotknú, že v experimente vedci využili čip iba s dvomi qubitmi. Takže dopracovať sa aspoň k tomu miliónu ešte zrejme nejaký čas potrvá.