Kvantoví inženýři hlásí průlom v designu kvantového procesoru  
Dnešní kvantové procesory se spinovými qubity obsahují miniaturní elektrické vodiče, které vytvářejí magnetické pole. To slouží k ovládání qubitů. Takový design je ale dost nepraktický. Průlomový design australského týmu zahrnuje dielektrický rezonátor, díky němuž se u kvantového procesoru generuje homogenní magnetické pole pro ovládání spousty qubitů. Těšte se na kvantové procesory s miliony qubitů.
Příprava zařízení s qubitem k testu? Kredit: Serwan Asaad.
Příprava zařízení s qubitem k testu? Kredit: Serwan Asaad.

Až doposud jsme vídali kvantové procesory, v nichž pracuje jen pár qubitů. Není to špatné, ale na sebevědomé kvantové počítače to zatím nestačilo. Australský tým University of New South Wales (UNSW) v Sydney teď zřejmě změní pravidla hry. Přišli se zásadní inovací, která namísto pár qubitů časem umožní konstruovat křemíkové kvantové procesory s miliony qubitů. To by umožnilo nevídané kvantové výpočty.

 

Jarryd Pla vlevo. Kredit: UNSW.
Jarryd Pla vlevo. Kredit: UNSW.

Jarryd Pla a jeho tým prolomili problém, který komplikuje vývoj kvantových počítačů už celá desetiletí. Jde o to, jak ovládat nikoliv jen pár, ale mnoho qubitů v procesoru, aniž by to znamenalo ztrátu cenného prostoru a nárůst zahřívání. Jak říká Pla, qubity založené na spinu elektronů jsme až doposud ovládali mikrovlnnými magnetickými poli, která generuje elektrický proud, procházející vodičem v těsné blízkosti qubitu.

 

Takový design je pro procesory s miliony qubitů nepoužitelný. Řešením proto bylo kompletní přestavění struktury kvantového procesoru. Namísto tisíců miniaturních vodičů, které by protkávaly kvantový procesor, badatelé vytvořili nový způsob generování mikrovlnného magnetického pole. Použili k tomu dielektrický rezonátor v podobě krystalu ve tvaru hranolu, který umístili nad kvantový procesor.

 

Logo. Kredit: UNSW.
Logo. Kredit: UNSW.

Dielektrický rezonátor zkrátí vlnovou délku mikrovln pod milimetr, což vede k efektivnímu generování magnetického pole, kterým je možné ovládat spiny všech qubitů v procesoru. Nový design procesoru zahrnuje dvě klíčové inovace. První spočívá v tom, že je možné ovládat velké množství qubitů s jen malým množstvím vynaložené energie. Druhá inovace souvisí s tím, že vytvořené magnetické pole je značně homogenní po celém kvantovém procesoru, takže pracuje se všemi qubity stejně.

 

Badatelé teď hodlají novou technologii využít ke zjednodušení a vylepšení designu nové generace kvantových procesorů. Odstranění vodičů, které byly doposud nezbytné k ovládání qubitů, vytvoří volný prostor. Ten bude možné zaplnit dalšími qubity a elektronickými prvky. Na kvantové procesory s miliony qubitů si asi ještě nějaký čas počkáme. Jak ale zdůrazňuje Pla, teď už máme technologii, se kterou je bude možné ovládat.

 

Video: 'Missing jigsaw piece’: engineers make critical advance in quantum computer design

 

Literatura

University of New South Wales 14. 8. 2021.

Science Advances 7: eabg9158.

Datum: 16.08.2021
Tisk článku

Související články:

Kvantoví vědci stvořili kočku, která opravuje chyby     Autor: Stanislav Mihulka (17.08.2020)
Google uskutečnil první kvantovou simulaci chemické reakce     Autor: Stanislav Mihulka (29.08.2020)



Diskuze:

Průlom?

Petr Petr,2021-08-17 08:50:51

O mnoha "průlomech" v kvantových počítačích se lze neustále dočítat. Ale zatím skutek utek mnoho let.
Sami citují, že takový koncept byl navržen již roku 1998.
http://fy.chalmers.se/~delsing/QI/Kane-Nature-98.pdf
(Shorův faktorizační algoritmus byl navržen roku 1994 a zatím žádná praktická realizace)
Zase jde jen o návrh (na pár qubitech). Chce to výsledky a ne jen publikační sliby.

Odpovědět


Re: Průlom?

Martin Šíra,2021-08-17 12:01:19

Tak on prostě fundamentální výzkum trvá. Ale 20 let zpátky nikdo ani nesnil, že by tento výzkum dělal někdo jiný než jedna dvě univerzity, a dnes má vývojový kv. počítač Google, IBM a další. Pokrok je, jen je málokdy průlomový, ale spíš postupný a plíživý.

Odpovědět


Re: Re: Průlom?

Petr Petr,2021-08-17 19:45:57

"Mají" kvantové počítače bohaté univerzity a firmy. Ale rozvoj klasických počítačů šel mnohem rychleji. A proč vědci ohlašují průlom, když plíživě nepřeskočili?

Odpovědět


Re: Re: Re: Průlom?

Jakub Matouš,2021-08-18 10:40:29

Tak je tam pochopitelný rozdíl klasických procesorů se jde směrem k miniaturizaci, kdežto u kvantových procesorů se rovnou začíná na nejnižší úrovni.
navíc v minulosti bylo do klasiky investováno o mnoho řádů víc peněz.
Tím jak se miniaturizace tranzistorů dostává k fyzickým limitům, se budou investice do kvantových počítačů zvyšovat a tedy i rychlost vývoje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Průlom?

D. Hruška,2021-08-18 20:15:19

Měl jsem zato, že kvantové počítače se hodí hlavně na určité druhy operací, ve kterých excelují, takže nejsou přímou konkerencí polovodičovým procesorům.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Průlom?

Vít Výmola,2021-08-19 10:40:33

Přesně tak. Kvantové počítače jsou určené na specifické účely, které v běžné komerční a spotřební oblasti nenajdou uplatnění a pokud ano, budou dostupné v cloudu. Nelze srovnávat rychlost ani způsob vývoje klasických a kvantových počítačů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Průlom?

Martin Šíra,2021-08-19 11:47:37

Tot otazka jestli rozvoj klasickych pocitacu sel rychleji. Co je prvni klasicky pocitac? Tranzistorovy asi ne. Elektronkovy? Mozna. Ale ty primo navazovaly na principy mechanickych. Takze Babage? Nebo snad Antikythera? To proste takhle nejde rict.
My hlavne vnimame obrovsky rozvoj v poslednich cca 40 letech, ale to uz je jen zdokonalovani jiz vymyslenych principu.
Kdezto u kvantovych pocitacu porad vymysli ty principy.
Nacasovani Vasi poznamky o pomalem vyvoji by u klasickych pocitacu odpovidala obdobi treba elektronkovemu pocitaci ABC z roku 1942. A dalsich 30 let trvalo, nez byl pocitac dostupny i pro vetsi firmy, a 80 let nez mel pocitac kazdy v kapse. To se tyka vyvoje, ktery slo fyzicky 'osahat'. Kdezto kvantovy pocitac je problem i pochopit, natoz s nim pracovat.

Odpovědět



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