6 100 atomů cesia. Kredit: Caltech/Endres Lab.

Pokud mají kvantové počítače stát za řeč a řešit osudové problémy fyziky, chemie a dalších oborů, potřebují hodně qubitů. Jsou to kvantové bity, které sice mají k dispozici superpozici a mohou s ní dělat zajímavá kouzla při výpočtech, ale zároveň jsou také zranitelné.

Manuel Endres. Kredit: Caltech.

Kvantoví fyzici se to snaží při konstrukci kvantových počítačů řešit, ale obvykle spoléhají na hrubou sílu. Prostě přidávají další, nadbytečné qubity, které opravují chyby. Pokud nedojde k zásadní změně technologie, budou spolehlivé a výkonné kvantové počítače potřebovat asi tak stovky tisíc qubitů.

Manuel Endres z California Institute of Technology v Pasadeně a jeho spolupracovníci tohle měli určitě na paměti, když nedávno postavili doposud největší kvantovou výpočetní soustavu.

Vakuová komora pro experiment. Kredit: Caltech/Lance Hayashida.

Tvoří ji 6 100 qubitů představovaných vždy jedním neutrálním atomem cesia, které jsou polapené v mřížce optických pinzet (optical tweezer). Předešlá zařízení tohoto typu přitom obsahovala jen stovky qubitů.

Konstrukce rekordní soustavy qubitů vyžadovala náročnou práci s lasery. Badatelé rozdělili laserový paprsek na 12 tisíc optických pinzet, které společně drží zmíněných 6 100 atomů ve vakuové komoře. Zásadním úspěchem výzkumu Endersova týmu je, že vytvoření soustavy s tisícovkami qubitů nebylo na úkor kvality. Vědci při testování udrželi tyto qubity v superpozici po dobu zhruba 13 sekund. To je téměř 10krát víc než s předchozími podobnými soustavami.

Badatelé rovněž prokázali, že mohou s těmito qubity manipulovat. Úspěšně posunuli vybrané atomy cesia o stovky mikrometrů, aniž by ztratily superpozici. Schopnost posouvat qubity je přitom klíčovým prvkem kvantových počítačů založených na neutrálních atomech, protože to vede k více efektivním opravám chyb, v porovnání s tradičními platformami, v nichž jsou qubity napevno, jako například supravodivé qubity.

Video: Inside the Endres Lab with a 6,100-Qubit Array

Literatura

Caltech 24. 9. 2025.

Nature online 24. 9. 2025.