Článek
„Současné kvantové systémy často fungují izolovaně. My se snažíme o to, aby spolu mohly efektivně komunikovat. To je nezbytný krok k budoucímu kvantovému internetu i k propojení kvantových počítačů do výkonnějších celků,“ vysvětlil profesor David Hunger z německého Karlsruhe Institute of Technology (KIT).
Právě on je koordinátor projektu Superspin, který si klade za cíl položit základní stavební kameny evropského kvantového internetu. Kromě olomouckých vědců na projektu spolupracují také finská Aalto University a nizozemská spin-off společnost QphoX.
Zatímco supravodivé kvantové počítače informace zpracovávají, speciální pevnolátková paměť data uchovává. Cílem spolupráce je vytvořit technologii, která oba zmiňované prvky propojí.
Jak fungují kvantové počítače?
Kvantová výpočetní technika vychází z vlastností subatomárních částic, které vědci zkoumají již několik desetiletí. Ty zcela mění způsob, jakým počítače pracují. Tradiční PC sestavy totiž pracují s bity v podobě jedniček a nul, proti tomu kvantové počítače využívají kvantové bity – tzv. qubity. Ty mohou být zároveň jedničkou i nulou, což jim umožňuje v praxi zpracovávat obrovské množství informací paralelně.
Klíčem k tomuto pokroku jsou jevy, jako je kvantové zapletení, kdy je jeden elektron na velkou vzdálenost propojen s jinou částicí, nebo superpozice, která umožňuje qubitům být „na několika místech zároveň“.
Kvantové počítače by díky tomu mohly vyřešit problémy, které jsou pro běžné počítače nedosažitelné – například v oblasti medicíny, klimatologie či umělé inteligence. Mezi takové mohou patřit optimalizační úlohy pro řešení elektronické struktury nových materiálů, řízení dopravy či přístavů.
V současnosti jsou identifikovány další možnosti uplatnění, které lze najít téměř ve všech vědeckých oblastech. Mimo jiné v automobilovém průmyslu, při vývoji nových elektrických baterií, v energetice, finančnictví, farmacii, kvantové chemii, kryptografii, ale také v kvantovém strojovém učení a mnoha dalších.
Systém kvantového počítače od IBM
Aby spolu mohly různé kvantové systémy komunikovat, musí si vyměňovat informace prostřednictvím qubitů. Ty se převádějí na fotony, tedy částice světla, které mohou putovat optickými kabely téměř bez ztrát.
Pro přenos informací na větší vzdálenosti vědci využívají kvantové provázání – stav, ve kterém dva fotony umožní propojit supravodivé a pevnolátkové kvantové bity, i když se nacházejí daleko od sebe. Tento jev je základem pro vznik bezpečných kvantových sítí, ale i propojení kvantových aplikací včetně kvantových počítačů.
Samotná technologie je však nesmírně náročná. Kvantové počítače využívají supravodivé obvody pracující v mikrovlnném pásmu, zatímco pevnolátkové kvantové paměti fungují na bázi spinů v diamantu a pracují se světlem viditelné vlnové délky. K jejich propojení proto vědci vyvíjejí speciální kvantové převodníky, které převádějí mikrovlnné signály na světelné fotony vhodné pro přenos optickými vlákny.