Fyzici z University of Oxford dosiahli prelomový svetový rekord v oblasti kvantových výpočtov. Kvantová logická operácia s chybovosťou len 0,000015 %, teda jedna chyba na 6,7 milióna operácií je zásadný prelom
Tento výsledok predstavuje takmer desaťnásobné zlepšenie oproti predchádzajúcemu rekordu z roku 2014 a posúva hranice toho, čo dnes dokáže kvantové inžinierstvo.
Zásadný technologický pokrok
Extrémne presné operácie na qubitoch (základných jednotkách kvantovej informácie) sú kľúcom k vývoju spoľahlivých kvantových počítačov. Klasický bit môže nadobúdať hodnotu 0 alebo 1, no qubit dokáže byť v superpozícii oboch stavov naraz. Výsledkom je možnosť paralelne spracovávať obrovské množstvá informácií.
Každá kvantová operácia je však extrémne citlivá na chyby. Tie vznikajú napríklad vplyvom rušenia z prostredia, nepresných riadiacich impulzov či vnútornej nestability qubitov. Pri tradičných systémoch sa preto väčšina inžinieringu zameriava na korekciu chýb (quantum error correction), ktorá si vyžaduje vysoký počet pomocných qubitov a značné zdroje.
Prečítaj si tiežNie šimpanz, ale papagáj. Vedcom položil otázku, ktorú nik nečakal
Zatiaľ čo väčšina výskumov ukazuje, že ani šimpanz či gorila nikdy nepoložili človeku otázku, papagáj zmenil pravidlá hry. Presnejšie dva papagáje Alex a Apollo preukázali schopnosť, ktorú doteraz vedci považovali za výlučne ľudskú...
Nový oxfordský rekord mení pravidlá hry. Výskumný tím dokázal, že jednobitové operácie (single-qubit gates) môžu byť také presné, že ich chyba je zanedbateľná. V praxi to znamená, že systém potrebuje menej pomocných qubitov, je stabilnejší a jednoduchšie sa škáluje.
Inovatívny prístup s mikrovlnami
Rekordný výkon sa podaril v systéme s uviaznutým kalciovým iónom (43Ca+), ktorý slúžil ako nosič kvantovej informácie. Namiesto tradičného riadenia laserovými impulzmi zvolil tím mikrovlnné pulzy integrované priamo do čipu. Tento prístup zjednodušuje architektúru, zvyšuje spoľahlivosť a znižuje energetickú aj konštrukčnú náročnosť.
Experiment navyše prebiehal pri izbovej teplote a bez potreby magnetického tienenia, čo výrazne zjednodušuje praktické nasadenie takýchto zariadení. Kvantové operácie s vysokou presnosťou sa tak prvýkrát dostali z laboratórnych podmienok do realistického prostredia.
Prečítaj si tiež3D hologramy, ktorých sa môžete dotknúť
Skupina výskumníkov z Navarry dosiahla prelom v zobrazovacích technológiách. Ich zariadenie umožňuje ľuďom chytať a otáčať 3D hologramy, čiže objekty voľne sa vznášajúce vo vzduchu, a to bez potreby okuliarov či rukavíc...
Tím testoval operácie rôznej dĺžky impulzov, od 35 mikrosekúnd po 4,4 mikrosekundy. Všetky verzie vykazovali extrémne nízku chybovosť, ktorá ostávala stabilná aj pri desaťtisícoch opakovani. Dôkazom spoľahlivosti je schopnosť vykonávať náhodne generované sekvencie logických brán bez významnej degradácie presnosti.
Ďalší krok: dvojqubitové operácie
Hoci jednobitové brány teraz dosahujú „takmer dokonalú“ presnosť, technologickým limitom ostávajú dvojbitové (entanglement) brány. Tie aktuálne vykazujú chybovosť na úrovni 0,05 %, teda jedna chyba na približne 2 000 operácií. Práve tento typ operácií je nevyhnutný pre komplexné kvantové algoritmy a efektívnu korekciu chýb.
Prečítaj si tiežExkluzívny rozhovor s prof. Ballom: Možno vznikne hybrid medzi klasickým a kvantovým počítačom
Pojmy kvantový počítač alebo kvantové počítanie sú známe, ale málokto im rozumie. Rozprávali sme sa s profesorom Petrom Ballom z Ústavu jadrového a fyzikálneho inžinierstva STU v Bratislave, ktorý nám dal odpovede. Na konci článku nájdete bonus v podobe vysvetlenia pre desaťročného nadšenca....
Úspěšný pokus Oxfordu preto predstavuje len prvý krok. Ak sa podarí dosiahnuť podobnú presnosť aj pri entanglemente, vznikne cesta k plne funkčným a škálovateľným kvantovým počítačom.
Dnešné kvantové systémy sú väčšinou experimentálne alebo majú obmedzené použitie. Presnosť operácií ako táto z Oxfordu je kľúcom k tomu, aby sa kvantové počítače stali bežne používaným nástrojom v priemysle, vede, medicíne či logistike. Tento rekord nie je len štatistickým úspechom. Je to jasný signál, že kvantové výpočty sa blížia k reálnej praxi mimo laboratórií a do sveta skutočných aplikácií.
