Veřejnosti známé diamanty jsou tvořené krystalickou formu uhlíku, ve světě fyziků je však tato forma diamantů stará jako včerejší zprávy. Již v minulosti se objevily práce, které zaměňovaly uhlík za jiné látky, například dusík.

Nejnovější studie pod vedením profesorky Nathalie de Leonové z Princetonské univerzity namísto toho zvolila jako substitut uhlíku atomy křemíku se záměrně vytvořenými defekty. Jejímu týmu se tak podařilo vytvořit syntetické diamanty o vhodných vlastnostech pro kvantové počítače.

A co je podstatnější, vyvinuli i metodu pro identifikaci optimálních defektů využitelných v informatice.

Jak přetlumočit spin

Samotné "kvantové diamanty" jsou již staršího data, jen loni jeden přístup k jejich využití představili vědci ze společné studie MIT a Harvardu. Nejde samozřejmě o diamanty běžného rozměru - namísto toho mají velikosti měřené v nanometrech. Defekty uvnitř nich pak odpovídají v zásadě tlumočícímu nástroji pro qubity (analogy bitů u kvantových počítačů) a jejich spiny - dovolují přetlumočit informaci o spinu qubitu (ve formě elektronu) do podoby světla.

Tato elektron-fotonová interakce není jen užitečná pro vnitřní architekturu kvantových počítačů, ale i komunikaci mezi kvantovými počítači jako takovými.

Precizně připravené defekty ve struktuře diamantu totiž předávají spin částice do světla defektem procházejícího – v důsledku toho vzniká světlo o specifické stejné, úzce definované frekvenci. To teoreticky umožňuje přenos informace uložené do spinu na další vzdálenost.

Metoda má prozatím u jiných diamantů stejnou míru vad jako nanodiamanty samotné. Právě práce z Princetonu ovšem ilustrovala, že křemíkové nanodiamanty překládají informaci se zatím nejvyšší dosaženou mírou přesnosti. V zásadě se tak podařilo vytvořit základ doposud nejlepšího rozhraní pro přenos informace částice do jiné formy.

To by pak jednou mohlo vést i ke vzniku bezpečného "kvantového internetu" mezi vícerem sesíťovaných kvantových počítačů, kde by informace o spinu přenášely optická vlákna. zdroj: Google

Na počátku cesty

Máme se tedy těšit na kvantové počítače plné diamantů v dohledné době?

Ne nutně - nanodiamanty jsou pouze jedním z více konkurujících si nápadů, jak kvantovou informatiku zlevnit pro masovější a běžnější použití. Ani křemíkové diamanty nejsou stále nutně zlomovým vynálezem. O tom, která linie vývoje kvantových počítačů nakonec zvítězí, rozhodne až další pilování ideje a zejména možnost její levné produkce.

Alternativní přístup hybridního křemíko-kvantového čipu

Kvantové počítače se však na každý pád kvapem stávají realitou. Naposledy v březnu představil Google svůj čip se 72 qubity, kvantové superpočítače již využívají i několika tisíců qubitů. Ještě deset let nazpět byly podobné cifry zcela z říše snů. Nejde přitom jenom o čisté kvantové počítače, ale i využití jejich komponentů pro již používané počítače. Lancasterská univerzita představila i kvantový čip generující náhodná čísla - ten by měl výrazně zvýšit odolnost počítačových sítí vůči kyberútokům.

Na druhou stranu, i kvantové počítače mají své specifické slabiny.

Především od nich nelze očekávat jednoduší "zvýšení rychlosti", jak si nejspíše většina čtenářů slibuje. Kvantové počítače v zásadě nemusejí být rychlejší než dnes používané počítače - díky možnosti provádět paralelní operace však mohou být daleko vhodnější pro simulace reálných fyzikálních jevů, stejně jako mohou mít zásadní implikace pro kyberbezpečnost.

V éře, kdy považujeme každý počítač za potenciálně zranitelné místo, by tak mohly vrátit důvěru v zabezpečení dat – a stejně tak by výrazně pomohly fyzikům v dalším odhalování povahy hmoty, vesmíru a vůbec. Než se tak stane, budeme se tradičně muset ještě obrnit trpělivostí.

Studii křemíkových diamantů zveřejnil časopis Science.