Kvantové počítače

Výskum nových typov bezšumových kvantových informačných bitov, teda qubitov, bol publikovaný v spoločnom časopise Fyzikálneho inštitútu v Spojenom kráľovstve a Nemeckého fyzikálneho spolku – New Journal of Physics. Túto prácu vykonal v Spojených štátoch Evan Fortunato so svojimi kolegami z Technologického inštitútu v Massachusetts v spolupráci s Lorenzou Viola z Národného laboratória v Los Alamos. V subatómových mierkach sa vďaka zákonom kvantovej fyziky hmota správa dosť neobvykle. Už niekoľko rokov sa fyzici snažia využiť kvantové zvláštnosti na konštrukciu nového typu „kvantového počítača“. Takéto kvantové počítače sú schopné vyriešiť problémy ako vyhľadávanie v databázach a prelomiť v súčasnosti nerozlúštiteľné šifry oveľa jednoduchším spôsobom, ako hociktorý v súčasnosti existujúci počítač. Avšak postaviť kvantový počítač nie je až také jednoduché ako by sa zdalo, najmä vďaka šumu. V kvantovom počítači je základná jednotka informácie – qubit – reprezentovaná jednoduchým atómovým jadrom. Jeho veľkosť ho činí citlivým na veľa externých zdrojov šumu, ktoré môžu veľmi rýchlo zničiť uchovávanú informáciu. Fortunato a Viola spolu s kolegami však ukázali, ako sa dá uchovať a kontrolovať bit kvantovej informácie aj za prítomnosti šumu. Informácia je zakódovaná v dvoch atómových jadrách vo vnútri jednej molekuly. Ústrednou myšlienkou tejto techniky je, že určité typy šumu nechávajú časť systému prirodzene chránenú. Dokonca aj keď je molekula vystavená externému šumu, nebude kvantová informácia obsiahnutá v molekule zničená.

Hoci predošlá práca oboch výskumných tímov bola úspešná v uchovaní kvantovej informácie v jednobitovej „kvantovej pamäti“, žiaden z predošlých výsledkov však nedokázal manipulovať s kvantovou informáciou za prítomnosti šumu. Tím predviedol efekt využívajúci techniku jadrovej magnetickej rezonancie v tekutom stave. Experiment ukázal, že informácia môže byť spracovaná prostredníctvom využitia logických brán, zatiaľ čo zvyšok s veľkou rozlohou je chránený proti silným zdrojom šumu. Táto šumovo odolná manipulácia s kvantovou informáciou môže byť kľúčovým krokom na ceste smerom k funkčným kvantovým počítačom. "Veríme, že spoznaním spôsobu ochrany kvantového bitu, s ktorým potom môžeme efektívne manipulovať, sme dosiahli kľúčový pokrok vo vývoji a meraní zariadení spracujúcich kvantové informácie," hovorí dr. Viola. „Naše výsledky reprezentujú prvý experimentálny krok v tomto smere a budú snáď aj motivovať ďalších bádateľov vo výskume podobných stratégií pre iné technologické zariadenia."

KVANTOVE KOMPUTOVANIE: ELEKTRON NOSICOM INFORMACIE

Viacere vyskumne pracoviska vo svete skumaju moznost ukladat jednotky informacii - bity - priamo v atomoch. Ak by sa to podarilo, tak by "jedno zrnko soli mohlo niest tolko informacii ako dnes RAM vo vsetkych pocitacoch sveta." Tvrdi to americky fyzik Seth Lloyd, ktory nedavno poskytol interview online magazinu Hotwired. Jedno zrnko soli ma okolo jednej miliardy miliard atomov, t.j. jeden quadrilion atomov. 34-rocny Seth Lloyd uz stihol posobit na viacerych vyznamnych vedeckych pracoviskach v USA a aj v Europe (CERN - Europske laboratorium fyziky castic). V sucasnosti posobi v Departmente mechanickeho engineeringu na MIT. Teoriou kvanoveho komputovania sa zaobera od roku 1990 a dohaduje, ze dnes v tejto sfere pracuje vo svete najmenej stovka badatelov. Kvantove komputovanie je stale iba v stadiu teoretickeho vyskumu. V praxi by jedneho dna malo dospiet ku kvantovym pocitacom.

V klasickych, na kremikovych cipoch zalozenych pocitacoch, sa roje elektronov pohybuju po autostrade vytvorenej z atomov a system fuguje tak, ze odklana alebo zadrziava elektronovy prud. V kvantovych pocitacoch by nemali byt prudy elektronov. Elektrony by mali kruzit okolo svojich vlastnych atomov a kazdy bit dat by mal byt zaznamenavany tym, ze zmeni energeticku hodnotu jednotliveho elektronu. Bity by sa mali presuvat pri kopirovani energetickej urovne jedneho atomu na susedny, napr. pri fyzickom tlaku jedneho atomu na druhy. Ked su dva atomy stlacene dokopy, mozu preberat svoju energeticku hodnotu. David DiVincenzo z T. Watsonovho vyskumneho strediska IBM navrhuje pouzit atomovy mikroskop na manipulovanie atomami v miere 100 za sekundu prostrednictvom ostrej sondy. Horna hranica moze byt okolo 100 tisic operacii za sekundu. To sa zda byt rychle, ale rychlo vybledne v porovnani so sucasnou rychlostou procesorov 100 milionov operacii za sekundu.