Australští experti vytvořili první kvantový počítačový obvod na světě. Obsahuje všechny základní prvky nacházející se na tradičním počítačovém čipu, ale v titěrném kvantovém měřítku.

„Tohle je nejvíc vzrušující objev mé kariéry,“ řekla časopisu Science Alert kvantová fyzička Michelle Simmonsová, zakladatelka Silicon Quantum Computing a ředitelka Centra excelence pro kvantové výpočetní a komunikační technologie na Univerzitě Nového Jižního Walesu v Sydney.

Simmonsová vedla výzkum, na kterém její tým pracoval devět let a který vědci popisují v prestižním vědeckém žurnálu Nature.

Trojrozměrný graf znázorňující kvantový výpočet pomocí qubitů. Na rozdíl od bitů qubity existují v obou stavech „zapnuto“ (1) nebo „vypnuto“ (0) najednou. Špičky kuželů představují extrémní stavy 1 a 0. Molekuly se z nich vrací, a tím ztrácejí původní informaci. Říká se tomu kvantová výpočetní dekoherence. | zdroj: Profimedia

Devět let pokusů a omylů

Tým, který už v roce 2012 vyvinul první kvantový tranzistor, sestavil svůj čip, přesněji obvod, pomocí kvantových teček. To jsou drobné, nejvýš desítky nanometrů velké částice, které se dají označit za „vězení pro elektrony“.

Elektrony, které v nich uvíznou, mají unikátní kvantové vlastnosti – pro kvantový čip je bylo nutné pouze poslepovat dohromady.

S využitím tunelového mikroskopu vědci umístili kvantové tečky s přesností na necelé nanometry, aby vázané elektrony přeskakovaly podél řetězce jedno- a dvouvazných uhlíků v molekule polymeru.

Metodou pokusu a omylu autoři studie dospěli k poznatku, kolik atomů má být v každé kvantové tečce, a jak daleko musejí být jednotlivé tečky od sebe – to celé proto, aby drobné tečky umístili do miniatury křemíkového čipu v přesně daném uspořádání.

Pokud byly kvantové tečky příliš daleko od sebe, obvod se nechoval jako obvod – a pokud byly zase příliš blízko, obvod se začal chovat chaoticky. Jediný nahodilý atom přecházející z jedné tečky do druhé neplánovaně do celého procesu vnesl nežádoucí množství energie.

Výsledný kvantový čip obsahoval 10 kvantových teček, z nichž každá se skládala z malého počtu atomů fosforu.

A komu tím prospějete, co?

Prozatím to byla jen ukázka, že taková struktura je možná. Jednou ale může přinést velké věci.

Kvantové počítače nejsou zamýšleny, aby nahradily dnešní počítače křemíkové, ale aby simulovaly chemické a fyzikální jevy.

Je to možné vysvětlit na molekule penicilinu. Klasický počítač by k simulaci molekuly penicilinu se 41 atomy potřeboval 10^86 tranzistorů – číslo 10 následováno 86 nulami. To je víc tranzistorů, než kolik najdeme atomů v pozorovatelném vesmíru.

Kvantový počítač by pro stejný úkon vystačil s procesorem s pouhými 286 qubity. Detailnější a levnější simulace nejen chemických a fyzikálních jevů, ale také vývoj nových léků, hnojiv či třeba možnost vyvinout umělou fotosyntézu – to vše jsou aplikace, pro které jsou kvantové počítače jako zrozené.

Díky australským výzkumníkům jsme jim o kus blíž.