Co vyleze ze světa kvant příště? Kredit: CC0 Public Domain.

Každý zná Schrödingerovu kočku, nejslavnější myšlenkový experiment kvantové mechaniky. Erwina Schrödingera, který v roce 1935 ten příběh vymyslel, se zjevně zlomyslným záměrem, by ale nejspíš ve snu nenapadlo, že si jeho kočka bude i po téměř 100 letech žít vlastním životem. A že najde velmi praktická uplatnění.

Michel Devoret. Kredit: Yale University.

Fyzici z americké Yale University vyvinuli pozoruhodné zařízení, které pokřtili jako kvantovou kočku opravářku, anglicky pěkně „error-correcting cat“. Tahle věc kombinuje Schrödingerovu kočku, tedy fantaskní princip superpozice, se schopností opravovat některé z nejvíce komplikovaných chyb ve kvantových výpočtech. Je to průlom ve snaze vylepšit technologie kvantových počítačů a zajistit, aby mezi proudy křehkých qubitů nevznikalo tolik chyb.

Šéf výzkumu Michel Devoret a jeho kolegové navazují na dlouhodobý kvantový výzkum. Na Yale stavějí kvantové počítače s využitím kvantové elektrodynamiky obvodů (circuit QED), což zahrnuje fotony v supravodivém mikrovlnném rezonátoru.

Slavná kočka našla pozoruhodné využití. Kredit: Yale / Michael S. Helfenbein.

Jak tradiční, tak kvantové počítače čelí při výpočtech chybám. V tradičních a doposud i ve kvantových počítačích se s chybami bojovalo redundancí bitů. To znamená, že jeden „správný“ bit ve skutečnosti zajišťuje několik „fyzických“ bitů. U klasického počítače to jsou 3 „fyzické“ bity. U kvantových počítačů jich přitom musí být větší počet.

Devoret a spol. na to najmuli Schrödingerovu kočku. Vytvořili „kočičí qubit“ (cat qubit), který sám o sobě brání vzniku chyb. Není chlupatý a nesedí v bedně s lahvičkou jedu. Nicméně, kočičí qubit kóduje „správný“ qubit v podobě superpozice dvou stavů, v jediném elektronickém obvodu. V tomto případě jde o supravodivý mikrovlnný rezonátor, jehož oscilace odpovídají zmíněným dvěma stavům kočičího qubitu v superpozici.

Badatelé zdůrazňují, že toho všeho dosáhli využitím mikrovlnných signálů v zařízení, které v zásadě není o mnoho komplikovanější, nežli tradiční supravodivý qubit. V experimentech dokázali cíleně měnit stav kočičího qubitu, a také vyvinuli nový postup pro čtení kvantové informace, která je zakódovaná v qubitu. Devoret věří, že si jejich kvantová kočka opravářka najde uplatnění v mnoha kvantových technologiích se supravodivými obvody.

Video: ICAP 2018 - Michel Devoret

Literatura

Yale News 12. 12. 2020.

Nature 584: 205–209.