Experiment s kvantovou pamětí. Kredit: Antonio Ortu/CC-BY.

Vědci a inženýři sní o kvantových počítačích, které by měly proměnit zpracovávání informace. Součástí tohoto snu je i kvantová komunikace, která by propojovala kvantové počítače mezi sebou. Aby to mohlo fungovat, bude nejprve nutné podstatně prodloužit dobu, po kterou v takovém zařízení dokážeme uchovat informaci v podobě kvantových bitů, čili qubitů.

Qubity je v zásadě možné přenášet optickým kabelem, stejně jako běžné bity. Problém je ovšem v tom, že, stejně jako v případě klasických bitů, i qubity lze přenést jen na omezenou vzdálenost, po které je nutné zapojit opakovač signálu (repeater). Jenomže přenášený qubit není možné jen tak jednoduše zpracovat opakovačem, protože by ztratil svůj kvantový stav, který mu zajišťuje jeho vlastnosti.

Mikael Afzelius. Kredit: University of Geneva.

Řešením by mohla být kvantová paměť v podobě krystalu. Příchozí fotony by do této paměti ukládaly obsah qubitu a ten by pak byl opět přenesen na fotony, které opakovač vysílá. První taková „krystalová“ kvantová paměť se objevila v roce 2015. Dokázala ale udržet qubit pouhých 0,5 milisekundy. Pro praktické využití opakovače s takovou pamětí je přitom nutné, aby tam qubit vydržel nejméně 10 milisekund. Od té doby na tom odborníci pracují a snaží se výkon kvantové paměti zlepšit.

Logo. Kredit: University of Geneva.

Týmu z roku 2015 se nedávno povedl průlom, když prodloužili dobu, po kterou qubit vydrží ve kvantové paměti, na 20 milisekund, tedy čtyřicetkrát. Stále je to nesmírně krátký okamžik. Nicméně, jak podotýká vedoucí výzkumu Mikael Afzelius ze švýcarské University of Geneva, jde o nový rekord v délce uchování qubitu ve kvantové paměti založené na pevné látce, v tomto případě krystalu. Afzelius rovněž prozradil, že se jim vlastně povedlo dosáhnout 100 milisekund, s malou ztrátou spolehlivosti záznamu.

Afzelius s kolegy dopovali krystaly oxidu křemíku a yttria europiem. Výsledný materiál zmrazili na teplotu blízkou absolutní nule. Pak použili magnetické pole o jedné tisícině Tesly a také intenzivní rádiové vlny, aby kvantovou paměť ochránili před rušivými vlivy prostředí. Vývoj stále pokračuje, podle všeho je to slibné.

Video: BQIT 2019: Mikael Afzelius (University of Geneva) – Quantum Networks

Literatura

IFL Science 23. 3. 2022.

npj Quantum Information 8: 29.