Příprava zařízení s qubitem k testu? Kredit: Serwan Asaad.

Až doposud jsme vídali kvantové procesory, v nichž pracuje jen pár qubitů. Není to špatné, ale na sebevědomé kvantové počítače to zatím nestačilo. Australský tým University of New South Wales (UNSW) v Sydney teď zřejmě změní pravidla hry. Přišli se zásadní inovací, která namísto pár qubitů časem umožní konstruovat křemíkové kvantové procesory s miliony qubitů. To by umožnilo nevídané kvantové výpočty.

Jarryd Pla vlevo. Kredit: UNSW.

Jarryd Pla a jeho tým prolomili problém, který komplikuje vývoj kvantových počítačů už celá desetiletí. Jde o to, jak ovládat nikoliv jen pár, ale mnoho qubitů v procesoru, aniž by to znamenalo ztrátu cenného prostoru a nárůst zahřívání. Jak říká Pla, qubity založené na spinu elektronů jsme až doposud ovládali mikrovlnnými magnetickými poli, která generuje elektrický proud, procházející vodičem v těsné blízkosti qubitu.

Takový design je pro procesory s miliony qubitů nepoužitelný. Řešením proto bylo kompletní přestavění struktury kvantového procesoru. Namísto tisíců miniaturních vodičů, které by protkávaly kvantový procesor, badatelé vytvořili nový způsob generování mikrovlnného magnetického pole. Použili k tomu dielektrický rezonátor v podobě krystalu ve tvaru hranolu, který umístili nad kvantový procesor.

Logo. Kredit: UNSW.

Dielektrický rezonátor zkrátí vlnovou délku mikrovln pod milimetr, což vede k efektivnímu generování magnetického pole, kterým je možné ovládat spiny všech qubitů v procesoru. Nový design procesoru zahrnuje dvě klíčové inovace. První spočívá v tom, že je možné ovládat velké množství qubitů s jen malým množstvím vynaložené energie. Druhá inovace souvisí s tím, že vytvořené magnetické pole je značně homogenní po celém kvantovém procesoru, takže pracuje se všemi qubity stejně.

Badatelé teď hodlají novou technologii využít ke zjednodušení a vylepšení designu nové generace kvantových procesorů. Odstranění vodičů, které byly doposud nezbytné k ovládání qubitů, vytvoří volný prostor. Ten bude možné zaplnit dalšími qubity a elektronickými prvky. Na kvantové procesory s miliony qubitů si asi ještě nějaký čas počkáme. Jak ale zdůrazňuje Pla, teď už máme technologii, se kterou je bude možné ovládat.

Video: 'Missing jigsaw piece’: engineers make critical advance in quantum computer design

Literatura

University of New South Wales 14. 8. 2021.

Science Advances 7: eabg9158.