Zvětšit obrázek

Modře vlnová funkce elektronu v krystalu křemíku-28. Kredit: Stephanie Simmons, UNSW.

O kvantových počítačích se hodně mluví, ale realita zatím docela pokulhává. Pokud doopravdy chceme použitelné kvantové počítače, potřebujeme k tomu kvantovou technologii, která bude zpracovávat bity s velmi nízkým počtem chyb. Hned dvě zajímavé technologie s potenciálem pro velmi přesné kvantové výpočty v křemíkových zařízeních teď nabízejí dva výzkumné týmy Australian National Fabrication Facility z Univerzity Nového Jižního Walesu.

Zvětšit obrázek

Dzurak 1. zleva, Morello 3. zleva. Kredit: Paul Henderson-Kelly, UNSW.

Tyto týmy vytvořily pod vedením ředitele centra Andrewa Dzuraka a jeho kolegy Andrea Morella nanoelektronická zařízení, představující fyzickou podobu kvantových bitů – qubity, přičemž obě tato zařízení zpracovávají kvantová data s přesností kolem 99 procent. Dzurakův tým vytvořil qubit v umělém atomu, který je vlastně velmi podobný polem řízeným tranzistorům MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Podle vývojářů je úchvatné, že je možné postavit tak přesný qubit z něčeho, co je v elektronice všude kolem nás. Morellův tým zase pracoval s qubity běžných atomů fosforu. Pro každý atom jsou vlastně dva – jeden tvořený elektronový a jeden tvořený jádrem atomu fosforu. Osvědčilo se jim zejména použití jader fosforu, s nimiž dosáhli přesnosti zpracování kvantových dat cca 99,99 procent. Což znamená jednu chybu na každých 10 tisíc kvantových operací.

Zvětšit obrázek

Australian National Fabrication Facility. Kredit: ANFF.

Pozoruhodnou přesnost kvantových operací, jak ve qubitech umělých atomů, tak i ve qubitech přirozených atomů, dosáhli vědci díky tomu, že tyto atomy umístili do tenké vrstvy speciálně vyčištěného křemíku, která obsahovala výhradně atomy izotopu křemíku-28. Tento izotop je perfektně nemagnetický a na rozdíl od běžného křemíku nijak nenarušuje fungování qubitů. Křemíkový materiál z izotopu křemíku-28 dodal na Univerzitu Nového Jižního Walesu Kohei Itoh z japonské Univerzity Keio.

Zvětšit obrázek

Schéma tranzistoru MOSFET. Kredit: Norro, Wikimedia Commons.

Morellův tým si rovněž připsal světový rekord v délce uchování kvantové informace, čili udržení kvantové koherence jednoho kvantového bitu v pevném médiu. Čím déle vydrží kvantová koherence qubitu, tím komplexnější to umožňuje kvantové výpočty. Morello a spol. udrželi kvantovou informaci v jádru atomu fosforu déle než 30 sekund. Na poměry ve kvantovém světě je to prý celá věčnost.

Podle Dzuraka je pro oba dva vědecké týmy Australian National Fabrication Facility velmi důležité, že se jim povedlo získat tak významné výsledky současně, při použití dvou poměrně hodně odlišných kvantových systémů. Zvlášť prý proto, že jsou navzájem blízcí přátelé. Jejich úspěšný výkon zpečeťují i dvě ve stejný den online publikované studie v časopisu Nature Nanotechnology.

Video:  New world record for silicon quantum computing. Kredit: UNSWTV

Literatura

UNSW News 13. 10. 2014, 2 krát Nature Nanotechnology online 12. 10. 2014, Wikipedia (Quantum komputer, Qubit, MOSFET).