Mobilní qubity na čipu: Vědci udělali zásadní krok k praktickým kvantovým počítačům

Kvantové počítače jsou již léta obestřeny obrovským očekáváním, slibujícím revoluci v mnoha oblastech, od medicíny a návrhu baterií po materiálové vědy a kybernetickou bezpečnost.

Kvantové počítače jsou již léta obestřeny obrovským očekáváním, slibujícím revoluci v mnoha oblastech, od medicíny a návrhu baterií po materiálové vědy a kybernetickou bezpečnost. Jejich plný potenciál na seriózní praktické úrovni však bude možné realizovat pouze tehdy, pokud bude možné, aby velké množství qubitů (základních jednotek informace) vzájemně interagovalo s vysokou přesností a flexibilitou.

Jedním z hlavních omezení dosud bylo, že tradiční qubity jsou pevně umístěny, což znamená, že mohou komunikovat pouze se svými bezprostředními sousedy. Tým vědců pod vedením Lievena Vandersypena z Technologické univerzity v Delftu v Nizozemsku nyní popsal, jak toto omezení překonali pomocí mobilních qubitů, které lze přesouvat po čipu. Jejich metoda, nazvaná „conveyor-mode shuttling“, transportuje elektrony pomocí pohyblivých elektrických polí. Jelikož je zařízení vyrobeno z křemíku, mohlo by být vyráběno stejnými metodami, jaké se používají k výrobě moderních počítačových čipů.

V rámci experimentu vědci použili křemíkové zařízení s lineárním uspořádáním kvantových teček, což jsou mikroskopické pasti, které drží jednotlivé elektrony. Dva elektrony, fungující jako qubity, umístili do samostatných teček na různých koncích zařízení. Následně aplikovali koordinovanou sekvenci napětí na kovové brány na čipu, čímž vytvořili pohyblivé elektrické oblasti, které nesly elektrony směrem ke středu zařízení. Když se elektrony dostaly blízko k sobě, jejich kvantové stavy začaly interagovat. Tým tak demonstroval dvouqubitové operace mezi dvěma elektronovými spiny, které byly k sobě přeneseny v samostatných cestujících potenciálních minimech v polovodičovém zařízení.

Pro provedení kvantové logické operace vědci řídili načasování a vzdálenost mezi elektrony. Nakonec obrátili elektrické signály, aby přesunuli elektrony zpět do jejich výchozího bodu a mohli tak přečíst data. V druhém experimentu autoři studie demonstrovali kvantovou teleportaci. Zapletli dva elektrony, aby mezi nimi vytvořili trvalé kvantové spojení, a poté je oddělili na různých částech čipu. Následně zavedli třetí qubit a použili zapletený pár k přenosu jeho kvantového stavu na jiný elektron jinde na čipu.

Tento objev představuje významný průlom, i když to nutně neznamená, že kvantové počítače budou brzy každodenní realitou, jelikož je stále třeba překonat řadu výzev. Výzkumný tým však věří, že jejich architektura s pohyblivými qubity bude hrát klíčovou roli. Očekávají, že operace s mobilními qubity se stanou univerzální funkcí budoucích velkých polovodičových kvantových procesorů.