První elektronický kvantový procesor

Příspěvek jste mohli slyšet v magazínu Nula-jednička. Další témata: Království železnic - největší český model železnice, Futurologické okénko: jaký je WolframAlpha?, Knižní sci-fi tipy měsíce června, Četba - Milan Březina: Letenka do ráje (1.).

Procesor se tedy poprvé podobá "uchopitelným" čipům, které máme ve svých počítačích. Mohou na něm běžet jednoduché algoritmy, čili programy, např. jednoduché vyhledávání.

Kvantové procesory fungují jinak než procesory v našich počítačích založených na klasické, nekvantové fyzice. Normální procesor pracuje s ostrým stavem, odpovídajícím buď nule nebo jedničce, tedy s tzv. jedním bitem. Tomu odpovídá u kvantového počítání neostrý kvantový stav, který může být s určitou pravděpodobností v podstatě v jednom i druhém stavu zároveň. Tento kvantový stav je popsán velkou sadou čísel, které se říká vlnová funkce. Jednotce, kde se řízeně mění tyto kvantové stavy čili vlnové funkce, se potom říká qubit - kvantový bit.

Kvantové počítače proto umějí provést jednu operaci s velkým počtem různých hodnot zároveň, avšak tyto operace jsou svým způsobem specifické a přímo odpovídají spíše úlohám modelování nějaké situace z mikrosvěta. Qubity jsou u počítače v Yale tvořeny miliardou atomů hliníku, které se chovají synchronně jako jeden atom, který může zaujímat dva stavy s různými energiemi.

Kamenem úrazu byla doposud hlavně krátká doba trvání existence stavů v qubitech - v řádu nanosekund. Schoelkopfův tým dokázal prodloužit dobu jejich života tisíckrát, takže nyní jsou stabilní po dobu mikrosekund, což stačí na to, aby jednodušší výpočet řádně proběhl.

Oba qubity jsou propojeny pomocí polovodičového integrovaného obvodu a vyměňují si mezi sebou informace ve formě fotonů. Stejně podstatným úspěchem je řízené vypínání a zapínání qubitů, bez kterého by výpočet také nebyl možný. Další pokrok v této oblasti spočívá v prodlužování doby existence kvantových stavů v qubitech, což umožní běh složitějších programů, a ve zvyšování počtu kooperativně a svázaně pracujících qubitů.

Výpočetní síla takového kvantového systému pak neroste vždy úměrně s počtem jednotek, ale pro některé úlohy přímo exponenciálně. Tato síla kvantových počítačů se projeví nejdříve v kryptoanalýze a kryptografii - tedy v oblasti luštění a tvoření šifer. Další vhodné oblasti aplikací se hledají.