Jak udržet kvantový stav téměř po celou věčnost?  
Dnešní kvantové systémy udrží stav koherence sotva pár miliontin sekundy. Není to špatné, ale zároveň je to v mnoha směrech dost omezující. Nový trik kvantových inženýrů z Chicaga dovoluje udržet kvantovou koherenci po dobu až 22 milisekund. Na kvantové poměry je to celá věčnost.
Tým Awschalomovy laboratoře v akci. Kredit: David Awschalom.
Tým Awschalomovy laboratoře v akci. Kredit: David Awschalom.

Kvantové technologie nabízejí úžasné možnosti. Pokud se nám povede je důkladně využít. Nejdřív je ale nutné tyto technologie pořádně vyladit. V současné době totiž kvantové systémy vydrží ve stavu koherence obvykle jen velice krátce, jen pár miliontin sekundy. Tento čas by přitom bylo velmi užitečné podstatně prodloužit.

 

Tým vědců americké University of Chicago objevil jednoduchou úpravu, díky které mohou kvantové systémy zůstat v operačním stavu, tedy koherentní, 1000krát déle než doposud. Kvantový systém s touto úpravou vydrží ve stavu koherence až 22 milisekund. Na první pohled to není mnoho. Mrknutí lidského oka trvá asi 350 milisekund. Jenomže ve světě kvantových systémů je 22 milisekund vážně „celá věčnost“.

 

David Awschalom a jeho spolupracovníci otestovali svůj „zlepšovák“ na pevnolátkových qubitech z karbidu křemíku. Jsou ale přesvědčeni, že by měl fungovat na řadě jiných kvantových systémů. Mohl by to být průlom ve kvantové komunikaci, počítačových systémech a senzorech. Podle Awschaloma je to zároveň i průlom v kvantovém výzkumu. Použití zmíněné úpravy je jednoduché a měla by umožnit celé nové směry bádání, které doposud byly kvůli příliš krátkému trvání kvantových stavů prakticky nedostupné.

 

Awschalomova laboratoř na kvantové zázraky. Kredit: University of Chicago.
Awschalomova laboratoř na kvantové zázraky. Kredit: University of Chicago.

Jak zařídit, aby koherence v kvantovém systému vydržela co nejdéle? Jednou z možností je důkladná izolace qubitu od všech možných šumů a rušivých jevů v okolí. To je ale obvykle velmi náročné a nepraktické. Další možnost spočívá v použití extrémně čistých materiálů, což je ale zase velice nákladné a tudíž rovněž nepraktické. Tým University of Chicago zkusil něco jiného. Namísto snahy o eliminaci rušivých šumů z okolí se rozhodli „obelstít“ kvantový systém, aby „si myslel“, že ho nic neruší.

 

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

Použili obvyklé elektromagnetické impulzy, co se používají k ovládání kvantových systémů, které zkombinovali s kontinuálním střídavým magnetickým polem. Když toto magnetické pole přesně vyladili, tak přiměli spiny elektronů k rychlé rotaci a upozadili tím šum z okolí. Badatelé to přirovnali k situaci, kdy jste na kolotoči, a kolem vás na sebe křičí lidé. Dokud je atrakce v klidu, tak slyšíte křik. Když se ale kolotoč rozjede, tak všechny rušivé zvuky splynou. Takto uspořádaný systém dokáže téměř úplně eliminovat některé formy rušivých změn teploty, fyzické vibrace a elektromagnetický šum. Všechny tyto zdroje šumu přitom obvykle kvantovou koherenci spolehlivě zlikvidují.

 

Video: PHYSICS 20170109 05 Awschalom 016

 

Literatura

UChicago News 13. 8. 2020.

Science online 13. 8. 2020.

Datum: 25.08.2020
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:

Rekordní koherence v křemíkové nanoelektronice     Autor: Stanislav Mihulka (14.10.2014)
Fyzici poprvé změřili dobu koherence grafenových qubitů     Autor: Stanislav Mihulka (03.01.2019)
Překvapivý průlom: Vědci vytvořili kvantové stavy v běžné elektronice     Autor: Stanislav Mihulka (22.12.2019)



Diskuze:

No já

Tomáš Novák,2020-08-27 08:55:49

...si věčnost představuju trochu jinak než 22 milisekund (ne, že bych si uměl představit 22 milisekund!). Ale proti gustu...

Odpovědět


Re: No já

Václav Dvořák,2020-08-27 23:32:42

No, když máme mnohajádrový procesor pracující v gigahertzích, tak 22ms je opravdu celá věčnost... to CPU by v podstatě mohlo za tu dobu klasicky von neumannovsky přepočítat to, co potřebuje na vstupu kvantová jednotka, a/nebo to naopak výsledně zpracovat a poslat do periferií.

Odpovědět

.

David Pešek,2020-08-25 05:59:01

Super, ale Goauldi to dokážou udržet 38 minut

Odpovědět


Re: .

Josef Sysel,2020-08-25 06:37:52

A nebyli to Wraithové kdo zablokoval bránu?
Líbí se mi ten pracovní stůl, miliarda M6 závitů vyrobených s přesností tisíciny průměru protonu.

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