Tým Awschalomovy laboratoře v akci. Kredit: David Awschalom.

Kvantové technologie nabízejí úžasné možnosti. Pokud se nám povede je důkladně využít. Nejdřív je ale nutné tyto technologie pořádně vyladit. V současné době totiž kvantové systémy vydrží ve stavu koherence obvykle jen velice krátce, jen pár miliontin sekundy. Tento čas by přitom bylo velmi užitečné podstatně prodloužit.

Tým vědců americké University of Chicago objevil jednoduchou úpravu, díky které mohou kvantové systémy zůstat v operačním stavu, tedy koherentní, 1000krát déle než doposud. Kvantový systém s touto úpravou vydrží ve stavu koherence až 22 milisekund. Na první pohled to není mnoho. Mrknutí lidského oka trvá asi 350 milisekund. Jenomže ve světě kvantových systémů je 22 milisekund vážně „celá věčnost“.

David Awschalom a jeho spolupracovníci otestovali svůj „zlepšovák“ na pevnolátkových qubitech z karbidu křemíku. Jsou ale přesvědčeni, že by měl fungovat na řadě jiných kvantových systémů. Mohl by to být průlom ve kvantové komunikaci, počítačových systémech a senzorech. Podle Awschaloma je to zároveň i průlom v kvantovém výzkumu. Použití zmíněné úpravy je jednoduché a měla by umožnit celé nové směry bádání, které doposud byly kvůli příliš krátkému trvání kvantových stavů prakticky nedostupné.

Awschalomova laboratoř na kvantové zázraky. Kredit: University of Chicago.

Jak zařídit, aby koherence v kvantovém systému vydržela co nejdéle? Jednou z možností je důkladná izolace qubitu od všech možných šumů a rušivých jevů v okolí. To je ale obvykle velmi náročné a nepraktické. Další možnost spočívá v použití extrémně čistých materiálů, což je ale zase velice nákladné a tudíž rovněž nepraktické. Tým University of Chicago zkusil něco jiného. Namísto snahy o eliminaci rušivých šumů z okolí se rozhodli „obelstít“ kvantový systém, aby „si myslel“, že ho nic neruší.

University of Chicago, logo.

Použili obvyklé elektromagnetické impulzy, co se používají k ovládání kvantových systémů, které zkombinovali s kontinuálním střídavým magnetickým polem. Když toto magnetické pole přesně vyladili, tak přiměli spiny elektronů k rychlé rotaci a upozadili tím šum z okolí. Badatelé to přirovnali k situaci, kdy jste na kolotoči, a kolem vás na sebe křičí lidé. Dokud je atrakce v klidu, tak slyšíte křik. Když se ale kolotoč rozjede, tak všechny rušivé zvuky splynou. Takto uspořádaný systém dokáže téměř úplně eliminovat některé formy rušivých změn teploty, fyzické vibrace a elektromagnetický šum. Všechny tyto zdroje šumu přitom obvykle kvantovou koherenci spolehlivě zlikvidují.

Video: PHYSICS 20170109 05 Awschalom 016

Literatura

UChicago News 13. 8. 2020.

Science online 13. 8. 2020.