Kvantový počítač v diamantu

17. duben 2012

Mezinárodní tým vědců pod vedením profesora Daniela Lidara z University v Jižní Kalifornii postavil první kvantový počítač uvnitř diamantu. Tento materiál je důležitý kvůli omezení šumu, který ohrožuje stabilitu koherentních kvantových stavů uvnitř počítače.

Diamantový kvantový počítač využívá procesoru o kapacitě dvou tzv. qubitů - kvantových bitů, prvků, které se skládají ze subatomárních částic. Než se pustíme do objasňování výhod použití diamantu pro stavbu pokusného kvantového počítače, čeká nás nutné opakovaní. Co vlastně jsou qubity a jak pracují kvantové počítače?

Principy kvantového počítání

Kvantové procesory fungují jinak než procesory v našich počítačích založených na klasické, nekvantové fyzice. Normální procesor pracuje s ostrým stavem, který odpovídá buď nule, nebo jedničce, tedy s jedním bitem. Tomu odpovídá u kvantového počítání neostrý kvantový stav, který může být s určitou pravděpodobností v podstatě v jednom i v druhém stavu zároveň. Tento kvantový stav je popsán velkou sadou čísel, které se souhrnně říká vlnová funkce. Kvantové počítače proto umějí provést jednu operaci s velkým počtem různých hodnot zároveň. Díky tomuto faktu jsou nesrovnatelně rychlejší než počítače klasické, ale popsané operace jsou svým způsobem specifické. Často odpovídají úlohám modelování určité situace z mikrosvěta.

Jednotce, ve které se tyto kvantové stavy čili vlnové funkce řízeně mění, se potom říká qubit - kvantový bit. Qubit je tak vlastně složitější kvantovou obdobou klasického výpočetního bitu, tedy výpočetního registru se stavem 0 nebo 1.

Výhody „diamantového počítače“

Na rozdíl od většiny kvantových počítačů, které pracují na bázi plynného nebo kapalného média, ten diamantový využívá vlastností pevných těles. Díky tomu jej lze mj. snadno škálovat - tedy neomezeně zvětšovat. V praxi to znamená, že na bázi menších standardních komponent je možné stavět počítače stále větší a výkonnější.

Z hlediska většiny aplikací, ve kterých se diamanty používají, je důležité, aby diamanty obsahovaly co nejméně nečistot, tedy jiných atomů, než je uhlík rozmístěný v pravidelné krystalové mřížce. Vědci ale kvantové počítání v diamantu založili právě na cizorodých nečistotách. Prvním qubitem se tady stalo jádro dusíku, druhým elektron. Přesněji řečeno jednotlivými qubity se staly spiny těchto částic, tedy jejich rotační momenty. Lehký elektron přitom počítá rychleji než těžké jádro dusíku, je ale mnohem méně stabilní, tedy méně odolné vůči šumu.

Diamantový kvantový počítač sice není prvním svého druhu, kvantové počítače na bázi pevné látky už známe. Tento ale jako první obsahuje speciální ochranu proti šumu - dekoherenci. Touto ochranou jsou pulsy mikrovln, které udržují orientaci spinů v jednom směru. První testovací úlohou diamantového kvantového počítače se stalo vyhledávání v databázích.

Zdroj: Physorg.com

------

<p><iframe width="610" height="340" src="https://www.youtube.com/embed/sICXOwOwS4E" frameborder="0" allowfullscreen></iframe></p>
autor: Pavel Vachtl
Spustit audio

Více z pořadu