Kvantové tečky mají velice slibnou budoucnost. Kredit: Lawrence Berk

Kvantové tečky jsou vlastně krystaly tvořené mnoha atomy. Vědci by je rádi využili jako qubity, přičemž by roli kvantové informace hrály elektrony polapené kvantovými tečkami. Problém je v tom, že za normálních okolností každý z atomů kvantové tečky s takovým polapeným elektronem magneticky interaguje prostřednictvím svého jaderného spinu. To omezuje použitelnost elektronu ve kvantové tečce jako qubitu.

Mete Atatüre z britské University of Cambridge a jeho tým na tom důkladně zapracovali. Podle Atatüreho jsou kvantové tečky ideálním rozhraním, na který působí světlo a v němž je možné ovládat a využívat individuální spiny. To, že jádra atomů kvantové tečky náhodně přebírají informaci od polapeného elektronu ve kvantové tečce, bývá považováno za mrzutost. Ale Atatüre a spol. dokázali sladit spiny jednotlivých atomů kvantové tečky a využít je ve svůj prospěch.

Atatüreho tým nalezl způsob, jak vytěžit interakci mezi polapeným elektronem a tisícovkami jader atomů polovodičové kvantové tečky. Použili k tomu laser, kterým ochladili atomy kvantové tečky na méně než 1 miliKelvin, čili na méně než jednu tisícinu stupně nad absolutní nulou. Pak dokázali ovládat tisíce jader těchto atomů a manipulovat s nimi najednou, v dokonalé souhře. Jako by tato jádra byla druhý qubitem. Tím Atatüre a spol. prokázali, že jádra atomů kvantové tečky si mohou vyměňovat informace s elektronovým qubitem. Kvantové tečky tím pádem mohou být využity k ukládání kvantové informace jako základní prvky kvantové paměti. Jejich výzkum právě publikoval časopis Science.

Mete Atatüre zcela vlevo. Kredit: Mete Atat

Kvantové počítače směřují k využití základních konceptů kvantové fyziky, které na běžného uživatele působí dojmem science fiction. Pokud se to všechno povede, tak by kvantové počítače měly předehnat tradiční elektroniku a rozpoutat revoluci v technologiích, ekonomice i výzkumu. Tak jako klasické počítače, i kvantové počítače potřebují procesor, paměť a sběrnici, kde běhají informace tam a zase zpátky. Procesorem kvantového počítače je vlastně qubit, kterým může být třeba právě elektron polapený ve kvantové tečce a roli sběrnice může sehrát foton, který vytvoří dotyčná kvantová tečka. Takový foton představuje ideální médium k přenosu informace. V této pěkné představě počítače z kvantových teček už schází jediná věc – kvantová paměť.

University of Cambridge.

A tu teď svým výzkumem nabízí Atatüreho tým. Namísto toho, aby ovládali jednotlivé spiny jader atomů kvantové tečky, tak pomocí laserů komunikují s celými vlnami spinů. Je to prý jako na stadionu, když hledištěm prochází mexická vlna. Diváci fungují jako kolektiv a všichni jsou jako jeden. Stejně tak tančí jádra atomů kvantové tečky společně svůj kvantový tanec. Pro Atatüreho a další kvantové čaroděje je to poslední dílek skládačky. Teď mají všechno, co je třeba k tomu, aby mohli postavit kvantové paměti.

Literatura
University of Cambridge 21. 2. 2019, Science online 21. 2. 2019.