Poslední dobou se před našima očima odehrávají zajímavé objevy, které z té či oné strany souvisejí s kvantovým provázáním, čili entanglementem. Pokrok hlásí i aplikace tohoto podivuhodného jevu ve vývoji kvantových počítačů, tedy takových, které by měly využívat jevy kvantové mechaniky a namísto notorických bitů počítat s kvantovými bity, čili qubity.

Tým australské Univerzity Nového Jižného Walesu (UNSW) v Sydney nedávno zatím nejpřesvědčivěji prokázal, že v křemíkové nanoelektronice mohou fungovat qubity, využívající kvantové povázání. Šéf výzkumu Andrea Morello a jeho kolegové publikovali svůj výzkum v časopisu Nature Nanotechnology.

Kvantová mechanika není pro našince z makrosvěta příliš intuitivní. Vědci se už hezkou řádku let snaží nějak smysluplně vymezit hranici mezi běžným světem, v němž jakžtakž funguje klasická fyzika, a podivnostmi kvantového světa. Během posledních desetiletí je pro fyziky nejlepším průvodcem po hranicemi mezi spořádanou realitou a veselým kvantovým chaosem teorém Bellových nerovností, o nichž jsme se již na OSLU několikrát zmiňovali.

Z Bellových nerovností vyplývají přísné Bellovy testy, s jejichž pomocí lze ověřit, zda jsou dvě částice skutečně kvantově provázané. Podle prvního autore studie Juana Pabla Dehollaina jsou Bellovy testy extrémně nemilosrdné. Každá nedokonalost v jejich přípravě, provedení a vyhodnocení způsobí, že se test nepovede. Dehollain a spol. to ale se svojí křemíkovou elektronikou zvládli a prošli Bellovým testem s dosud nejvyšším dosaženým „skóre“, jaké se kdy povedlo v experimentu.

Ve svém experimentu australský tým použil systém se dvěmi kvantovými částicemi, jejichž roli sehráli elektron a atomové jádro jednoho atomu fosforu, umístěného ve křemíkovém čipu. Podle Dehollaina a spol. je vytvoření takových párů entanglovaných částic klíčovým krokem na cestě ke kvantovým počítačům. Podle Morella je při tak vysokém „skóre“ Bellova testu zřejmé, že na kvantových počítačích budeme moci provádět kvantové výpočty s využitím entanglovaných částic.

Na běžném počítači lze ze dvou bitů vytvořit celkem čtyři kombinace stavů: 00, 01, 10 a 11. Ve kvantovém počítači lze oproti tomu využít stavy superpozice těchto kombinací, jako například (01 + 10) nebo (00 + 11). Je to možné kvůli
kvantovému provázání mezi částicemi tvořícími qubity. Právě tohle je předností kvantových počítačů. Se stejným počtem bitů umožňují vytvořit více kombinací stavů bitů a pojmout tak více informace.

Morello je nadšený tím, že po velmi dlouhé době, kdy se mnozí vědci dívali na podobné snahy velmi podezřívavě, konečně ukázalo, že by mělo fungovat. Podle všeho můžeme zprovoznit čipy s qubity a postavit na nich budoucí elektroniku. Pro Morella je to triumf moderní elektrotechniky.


Video:  Quantum computer coding in silicon now possible



Literatura
University of New South Wales 17. 11. 2015, Nature Nanotechnology online 16. 11. 2015, Wikipedia (Quantum komputer, Qubit).