Nemci prelomili veľkú bariéru kvantových počítačov. Ich nový systém poháňajú diamanty

Svet kvantových výpočtov zažíva nečakaný posun. Inžinieri z nemeckého startupu Saxon Q totiž verejnosti predstavili systém, ktorý mení pravidlá hry – prvý kvantový počítač založený na diamantoch, ktorý prekonáva hranicu 10 qubitov a funguje v podmienkach izbovej teploty.

Zatiaľ čo doterajšie kvantové počítače od gigantov ako IBM či Google vyžadujú komplexné kryogénne chladiace systémy, novinka z Nemecka sa zmestí do štandardného serverového racku. Výsledky experimentu ukazujú, že technológia využíva defekty v syntetických diamantoch, známe ako dusíkové vakancie (NV centrá), ktoré slúžia ako základ pre kvantové bity.

Ako funguje kvantový diamant

Celá technológia stojí na fascinujúcom fyzikálnom jave. Vedci už v 70. rokoch zistili, že určité diamanty pri ožiarení vyžarujú červené svetlo. Tento jav spôsobuje prítomnosť atómu dusíka na mieste, kde by v dokonalej uhlíkovej mriežke mal byť atóm uhlíka.

„Chybné“ diamanty vytvárajú v štruktúre vakancie, kde sú elektróny uväznené a môžu rotovať nezávisle od svojho okolia. Inžinieri následne pomocou laserov a mikrovlnných pulzov manipulujú týmito spinmi, čím dosahujú stavy, ktoré klasické binárne počítače nedokážu spracovať.

Pre bežného používateľa to znamená, že kvantové operácie sa stávajú prístupnejšími. Saxon Q už teraz ponúka systémy so 128 qubitmi, pričom budúci rok plánuje dodať verzie s 512 qubitmi. Cieľom firmy je do roku 2030 dosiahnuť kapacitu 10 000 qubitov.

Kľúčová rola síry v inovácii

Marius Grundmann, profesor experimentálnej fyziky na Leipzigskej univerzite a spoluzakladateľ Saxon Q, vysvetľuje, že tajomstvo úspechu spočíva v materiálovom inžinierstve. Tím pri tvorbe vakancií v laboratórnych diamantoch využíva ko-implantáciu síry.

Metóda zvyšuje chemický potenciál a zabezpečuje, že vakancia je stabilne negatívne nabitá. Práve toto riešenie umožnilo vedcom prekonať doterajšiu bariéru 10 qubitov, s ktorou sa trápili iné výskumné tímy po celom svete. Chyba na úrovni 99,98 % pri operáciách s jedným qubitom je porovnateľná so špičkovými výsledkami, ktoré dosahujú iné známe laboratóriá.

Podobné technologické skoky, aj keď v úplne odlišných odvetviach, často narážajú na energetické limity. Je fascinujúce sledovať, ako sa energetická efektivita stáva kľúčovou témou nielen v kvantovej fyzike, ale aj v energetike. Podobné výzvy, akým čelí súčasná priemyselná výroba, nájdete aj v našom nedávnom článku o tom, ako energetická kríza obmedzuje výrobu v automobilkách.

Kvantový výkon priamo v racku

Najväčšou výhodou systému Saxon Q je jeho praktická nasaditeľnosť. Namiesto špecializovaných laboratórií s nulovou gravitáciou či extrémnym chladením stačí počítač jednoducho pripojiť do elektrickej siete. To otvára dvere pre edge computing, kde je potrebná vysoká výpočtová sila v reálnom čase, napríklad pri vývoji autonómnych systémov či v robotike.

Cloudové riešenia, ktoré dnes dominujú kvantovému počítaniu, prinášajú nežiaducu latenciu. Prenosný systém, ktorý beží lokálne, tieto prekážky eliminuje. Je však potrebné podotknúť, že v porovnaní so supravodivými systémami sú diamantové NV systémy zatiaľ v inej kategórii z hľadiska čistého výpočtového výkonu.

Výskum v tejto oblasti je neustále v pohybe a dôležité sú aj menej nápadné zmeny v okolitom vesmíre, ktoré môžu ovplyvniť naše chápanie fyziky, napríklad ako sme nedávno písali o tom, že atmosféra Pluta sa rapídne mení. Každý podobný objav nás posúva o krok bližšie k lepšiemu pochopeniu základných zákonov sveta.

Atom Computing/Úprava redakcie

Budúcnosť a výzvy

Aj keď sú výsledky Saxon Q optimistické, pred vedcami stojí zásadná úloha: miniaturizácia. Súčasné čipy podporujú len 8 až 16 qubitov. Aby sa kvantové počítače mohli vyrovnať superpočítačom, musia inžinieri na jeden čip vtesnať tisíce, ak nie milióny qubitov.

Nemecký tím však verí, že práve ich cesta cez diamanty je tou správnou. Ak sa im podarí úspešne škálovať výrobu týchto čipov, kvantová revolúcia by sa mohla presunúť z teoretických akademických diskusií do praktického nasadenia v bežných technologických centrách.

Záujem o kvantové počítače je v súčasnosti obrovský. Firmy hľadajú spôsoby, ako zrýchliť vývoj umelej inteligencie či optimalizovať logistiku. Saxon Q svojím prístupom dokazuje, že aj v segmente, kde doteraz vládli veľké korporácie, majú menšie a agilnejšie tímy miesto, ak prídu so skutočne inovatívnym riešením problému chladenia.

Vývoj budeme naďalej pozorne sledovať. Tento nemecký míľnik môže byť len začiatkom éry, v ktorej bude mať vlastný kvantový výkon k dispozícii takmer každý väčší podnik.

Čítajte viac z kategórie: Novinky