Překvapivý průlom: Vědci vytvořili kvantové stavy v běžné elektronice  
Polovodičová elektronika je plná „nečistot“ a elektronického šumu. Kvantoví inženýři byli přesvědčeni, že v takovém prostředí nemá kvantový signál šanci přežit. Mýlili se. S vhodným designem je možné běžnou elektroniku naučit podivuhodné kvantové triky.
Monitorování překvapivých výsledků kvantových experimentů. Kredit: David Awschalom.
Monitorování překvapivých výsledků kvantových experimentů. Kredit: David Awschalom.

Každodenní elektronika má za sebou celá desetiletí miniaturizace. Ta ale už v podstatě narazila na fyzikální limity, které se stávajícími technologiemi není možné překročit. Není to ale konec vývoje, nýbrž začátek. Výzkumné týmy intenzivně hledají alternativy, s nimiž by bylo možné standardní křemíkovou elektroniku nahradit. Jeden ze slibných směrů dnes představují kvantové technologie.


Kvantové systémy využívají podivuhodné zákonitosti, jimž podléhá svět nepatrných částic. Kvantové jevy přitom považujeme za příliš „křehké“ na to, aby mohly fungovat v běžně využívané elektronice, jako jsou notebooky, chytré telefony anebo elektronika v automobilech a dalších strojích. Teď ale ukázalo, že to byl omyl.

David Awschalom. Kredit: University of Chicago.
David Awschalom. Kredit: University of Chicago.


Molekulární inženýr David Awschalom z americké University of Chicago a jeho tým dosáhli významného průlomu, když se jim podařilo vytvořit a ovládat kvantové stavy v běžné elektronice na bázi karbidu křemíku. Badatelé přiznávají, že je velmi překvapilo, když zjistili, že je možné zprovoznit výkonné kvantové bity v komerční elektronice. Jejich objev by mohl mít dalekosáhlý dopad a mohl by změnit celý pohled na vývoj kvantových technologií. Možná dokonce dokážeme vyrobit kvantová zařízení s využitím soudobé elektroniky a stávajících výrobních postupů, což nepochybně čekal málokdo. Jejich výzkum publikovaly časopisy Science a Science Advances.


Díky průlomu Awschalomova týmu bude možné snadněji navrhovat a stavět kvantovou elektroniku. Vědci a inženýři v současné době používají pro kvantové experimenty exotické materiály, jako jsou supravodivé kovy, levitující atomy nebo diamanty. Teď by to mělo být jednodušší.


Kvantové stavy, které badatelé vytvořili v karbidu křemíku ještě jako bonus vyzařují fotony o vlnové délce blízké telekomunikačním pásmům. To novou technologii vyloženě předurčuje pro dálkový přenos dat v té stejné síti optických kabelů, kterou dnes proudí asi 90 procent všech mezinárodně přenášených dat. A tyto fotony nabízejí i další pozoruhodné výhody, když jsou využity běžnou elektronikou. Awschalom a spol. dokázali postavit věc, které přezdívají kvantové FM rádio. Používá k přenosu kvantových dat na extrémně velkou vzdálenost stejný postup, jako dnešní FM rádio v automobilu.

 

University of Chicago, logo.
University of Chicago, logo.

Podle veškerých dosavadních teorií je s kvantovými stavy nutné pracovat ve velmi čistém materiálu a mimo dosah všemožných rušivých polí. Awschalom s kolegy ale prokázali, že s vhodně zvoleným designem může vzniknout kvantové zařízení, které má k čistým materiálům a prostředí bez rušivých vlivů hodně daleko.

 

Ve všech polovodičových zařízeních se nachází spousta „nečistot“. Na kvantové úrovni tyto nečistoty produkují elektronický šum, který by měl zdevastovat kvantový signál. Jak ale překvapivě zjistil Awschalomův tým, jeden prvek běžný prvek každodenní elektroniky dokáže elektronický šum na kvantové úrovni úplně utlumit. Tím klíčovým prvkem je dioda. S jejím využitím badatelé dosáhli toho, že elektronický šum najednou zmizel a kvantový signál se stal perfektně stabilním. Vše nasvědčuje tomu, že použitelné kvantové technologie jsou zase blíž.


Video: David Awschalom - What future technologies will quantum science make possible?


Video: TEDxCaltech - David Awschalom - Spintronics: Abandoning Perfection for the Quantum Age


Literatura
University of Chicago 6. 12. 2019, Science 366: 1225-1230, Science Advances 5: eaay0527.

Datum: 22.12.2019
Tisk článku

Život na hraně - Al-Khalili Jim, McFadden Johnjoe
 
 
cena původní: 449 Kč
cena: 359 Kč
Život na hraně
Al-Khalili Jim, McFadden Johnjoe
Související články:

Makroskopické kvantové fenomény objeveny v ledu     Autor: Stanislav Mihulka (22.07.2015)
Jak obrátit čas s kvantovým počítačem?     Autor: Stanislav Mihulka (15.03.2019)
Nový stroj generuje kvantové superpozice možných budoucností     Autor: Stanislav Mihulka (10.04.2019)



Diskuze:

1. april?

Andrej Kvasnica,2019-12-25 18:38:19

pripada mi to ako velmi predcasny prvy april

Odpovědět

zázrak

Pepa Vondrák,2019-12-22 21:25:19

Odpovědět

fantasie

Josef Nýč,2019-12-22 20:05:45

vážení, praktické využití bude následovat, vyřeší se případné nedostatky, ale co je podstatné,
URYCHLENÍ vývoje výkonných systémů bude následovat

Odpovědět


Re: fantasie

Vladimír Bzdušek,2019-12-22 21:21:19

OK.
keď to pomôže plánovanému pristátiu na Marse v roku 2024, tak držím palce ...

Odpovědět


Re: Re: fantasie

Jan Novák9,2019-12-25 09:30:48

Pokud to přistání bude ve virtuální realitě pak jistě ano. Jinak čím dokonalejší bude výpočetní technika a roboti, tím méně důvodů bude pro to aby člověk někam letěl.

Odpovědět

???

Vladimír Bzdušek,2019-12-22 19:35:45

Co tím chtěl básník říci ... ?

Odpovědět

Prosím o nějaký příklad praktického využití, díky!

Strelec Dpc,2019-12-22 19:00:33

Odpovědět


Re: Prosím o nějaký příklad praktického využití, díky!

Mintaka Earthian,2019-12-22 21:50:41

Re. praktické příklady:

Je to změna paradigmatu a celý obor kvantové IT je teprve v prenatálu. IT dosud z velké části stojí na sekvenčních algoritmech. Sem tam se na něco používá paralelismus, který v jednotlivých vláknech pracuje zase sekvenčně. Nástup kvantových počítačů nás teprve vede k jinému typu uvažování.

Praktické příklady tedy z velké části teprve čekají na své objevení a použití.

Někde už jsou o pár kroků dál. Viz.:
https://www.ciodive.com/news/4-early-real-world-quantum-computing-applications/520675/
https://builtin.com/hardware/quantum-computing-applications

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace