Malé magnety, velký krok: Nanomagnety ovládají qubity a přibližují škálovatelné kvantové počítače

Vědci z Virginia Commonwealth University učinili významný pokrok v oblasti kvantových počítačů. Vyvinuli novou techniku, která využívá miniaturní nanomagnety k ovládání kvantových bitů, známých jako qubity.

Vědci z Virginia Commonwealth University učinili významný pokrok v oblasti kvantových počítačů. Vyvinuli novou techniku, která využívá miniaturní nanomagnety k ovládání kvantových bitů, známých jako qubity. Tento objev by mohl výrazně zmenšit fyzický prostor potřebný pro stavbu funkčního kvantového počítače a posunout jej blíže k praktickému využití.

Současné počítače a chytré telefony pracují s bity, které představují signály zapnuto nebo vypnuto. V kvantovém počítání tuto roli plní qubity. V laboratoři profesora Jayasimhy Atulasimhy se každý qubit skládá z milimetrového diamantu s hrotem o velikosti několika atomů. Tyto diamanty jsou speciálně upraveny tak, aby obsahovaly volné elektrony, jejichž spin (směr magnetického pole) je základem qubitu. Ovládáním spinu elektronů, které mohou směřovat nahoru nebo dolů (ekvivalent k zapnuto/vypnuto), by kvantové počítače mohly provádět výpočty, které jsou pro dnešní stroje nemožné.

Dříve se k ovládání spinu elektronů v diamantech používaly elektromagnetické signály z drátových antén. Problémem však je, že signál z těchto antén pokrývá širokou oblast, což ztěžuje individuální kontrolu mnoha qubitů na jednom čipu. To brání škálování kvantových počítačů, protože qubity by musely být umístěny daleko od sebe. Nová metoda využívá nanomagnety o velikosti přibližně 200 nanometrů, které jsou 500krát tenčí než list papíru. Vědci zjistili, že pomocí akustických vln mohou ovládat nanomagnety a tím měnit kvantový stav elektronů v qubitu. Tímto způsobem je možné přesněji a individuálněji kontrolovat jednotlivé qubity, i když jsou blízko u sebe.

Tato technika je potenciálně energeticky účinnější, lépe uchovává informace a je škálovatelnější ve srovnání s jinými přístupy ke kvantovému počítání. To by v budoucnu mohlo vést k výrazným úsporám energie a zkrácení doby výpočtů v některých průmyslových odvětvích. Kromě kvantových počítačů by nanomagnety mohly najít uplatnění i v lékařském nebo chemickém výzkumu, například pro ultra-přesné podávání léků nebo jako extrémně citlivé senzory. I když kvantové počítače již nejsou jen teoretickou možností, spin-based kvantové počítání ve velkém měřítku zůstává stále ve fázi vývoje a výzkumu.