Kvantový počítač opäť o krok bližšie

|

Fyzici z Riceovej univerzity vytvorili malú „elektrónovú superdiaľnicu“, ktorá sa bude dať raz využiť pri stavbe kvantového počítača využívajúceho miesto digitálnych tranzistorov v súčasných čipoch kvantové častice.

Rui-Rui Du a Ivan Knez opísali v časopise Physical Review Letters novú metódu výroby zariadenia nazývaného „kvantový spinový Hallov topologický izolátor“. Toto zariadenie, ktoré slúži ako elektrónová diaľnica, je jedným zo stavebných blokov potrebných na vytvorenie kvantových častíc schopných uchovať a narábať s údajmi.

Dnešné počítače využívajú binárne bity a údajov sú jednotky a nuly. Kvantové počítače budú využívať kvantové bity, alebo tiež qbity, ktoré budú môcť predstavovať nulu aj jednotku v tom istom čase. Kvantový počítač by tak mohol vyriešiť zložité úlohy ako lúštenie šifier, modelovanie počasia či biomedicínske simulácie mnohonásobne rýchlejšie.

„Na vytvorenie výkonného počítača v podstate nepotrebujeme veľa qbitov,“ povedal Du. „Z pohľadu na hustotu informácie by bol kremíkový mikroprocesor s miliardou tranzistorov porovnateľný s kvantovým procesorom s 30 qbitmi.“

Vedci sa snažia o vytvorenie qbitov mnohými spôsobmi. Bez ohľadu na prístup je spoločným problémom zabezpečenie bezpečnosti informácie a zabránenie jej straty v dôsledku kvantových fluktuácií. Označuje sa to ako „tolerancia chyby“.

Prístup, ktorý sledujú Du a Knez, sa volá „topologické kvantové spracovanie“. Topologické návrhy by mali byť podľa očakávaní tolerantnejšie k chybám než iné typy kvantových počítačov, pretože každý qbit v takomto počítači bude tvorený párom kvantových častíc, ktoré majú prakticky nemenné zdieľané identity. Fyzikom sa ale takýto pár častíc doteraz nepodarilo vytvoriť a pozorovať. Prvýkrát ich predpokladali v roku 1937 a fyzici si myslia, že by sa mohli dať vytvoriť pomocou spojenia dvojrozmerného topologického izolátora, napríklad toho, ktorý vytvorili Du a Knez, so supravodičom.

Topologické izolátory sú zvláštnosťou: hoci cez ne nemôže prechádzať elektrický prúd, môže prúdiť okolo ich tenkých vonkajších hrán. Ak sa pripojí malý štvorec izolátora k supravodiču, mohli by sa podľa Kneza objaviť na mieste stretnutia materiálov páry kvantových častíc. Ak by to bola pravda, dalo by sa nové zariadenie využiť na generovanie qbitov pre kvantové počítače.

originál článku