Sciencemag.cz
Doporučujeme
Novinky ze světa kvantového počítání. Kvantový počítač jako koprocesor. 2D supravodiče, topologické supravodiče, kvantový počítač ve skříni.
Viz také: Kvantové počítání (1): Qubity mohou být i na bázi děr
Supravodiče mohou fungovat lépe ve 2D
Selenid niobičitý NbSe2 funguje jako supravodič. Co je ale zajímavé, toto chování se podle nového výzkumu zvýrazňuje ve 2D vrstvě. Lepší porozumění nekonvenčním supravodičům by se mohlo uplatnit třeba i v kvantových počítačích.
Obecně se chování materiálů v tenkých vrstvách samozřejmě mění, ovšem u NbSe2 k tomu dochází neobvyklým způsobem. Studie výzkumníků z University of Minnesota, Cornell University a dalších institucí ukazuje, že ve 2D formě (s několika vrstvami, ne nutně pouze jedinou) je supravodivost robustnější, protože v materiálu existuje speciální symetrie. Tzv. dvojnásobná rotační symetrie supravodivého stavu NbSe2 má souviset se dvěma konkurujícími si stavy supravodivosti, které mají podobné energie. Výzkum má mít vztah i k topologické supravodivosti.
Alex Hamill et al, Two-fold symmetric superconductivity in few-layer NbSe2, Nature Physics (2021). DOI: 10.1038/s41567-021-01219-x
Zdroj: University of Minnesota / Phys.org
Topologické supravodiče
Využití nových objevů v oblasti supravodivostí pro kvantové počítače popisuje i University of Kent a STFC Rutherford Appleton Laboratory. Vědci zde oznámili objev nového topologického supravodiče s chemickým vzorcem LaPt3P (PH: to bude spíše slitina, protože oxidační čísla tady opravdu nějak nevycházejí…). Autoři studie uvádějí, že topologické supravodiče slibují výrazně zvýšit životnost qubitů: na svých okrajích nebo površích mohou topologické supravodiče poskytovat chráněné prostředí. Každopádně až dosud je množina známých topologických supravodičů velmi malá.
K. Biswas et al, Chiral singlet superconductivity in the weakly correlated metal LaPt3P, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-22807-8
Zdroj: University of Kent / Phys.org
Hybridní počítání a kvantové počítače bez hradel
Christine Muschik z University of Waterloo a její kolegové z University of Innsbruck navrhují nové techniky hybridního computingu. Tím se myslí kombinace klasických a kvantových počítačů, kde by kvantový počítač fungoval jako koprocesor (poznámka PH: to je i asi celkem realistický popis uplatnění kvantových počítačů za pár let; koprocesor bude mít asi podobu služby „někde v cloudu“, datová centra si až na výjimky starosti s provozem vlastního kvantového počítače asi přidělávat nebudou). V tomto případě se nasazení kvantových počítačů předpokládá na velmi malé škále, jako „malé kvantové stavy“. Nejde tedy o to, se např. kvantovému počítači předloží úloha faktorizace, ale o to, jak ve všech možných výpočetně náročných problémech (NP hard/complete apod., ale i jiných) najít místo, kdy se vyplatí předat řešení kvantovému počítači.
V malých kvantových stavech by prý výpočet mohl být proveden i na kvantovém počítači, který by neobsahoval žádná hradla, čistě prostě sérií měření na provázaném kvantovém stavu (PH: subjektivně nesrozumitelné; ono vůbec, má třeba smysl mluvit o hradlech u adiabatického kvantového počítače?). Takto koncipované systémy by měly být odolné proti chybám, navíc by umožnily uplatnění i fotonických kvantových koprocesorů (PH: tím se zřejmě myslí, že nyní se qubity realizují na bázi supravodičů a fotony v tomto ohledu ustoupily do pozadí).
R. R. Ferguson et al, Measurement-Based Variational Quantum Eigensolver, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.220501
Zdroj: University of Waterloo / Phys.org
Produkce fotonových qubitů při pokojové teplotě
Vědci z Kodaňské univerzity přišly se způsobem, jak qubity na bázi fotonů udržet stabilní i při pokojové teplotě. Navíc se životnost těchto qubitů podařilo zvýšit z mikrosekund na milisekundy. Jeden z autorů studie Eugene Simon Polzik uvádí, že k tomu všemu stačilo potáhnout vnitřní stranu čipů povlakem na bázi parafínu. V důsledku toho jsou nárazy atomů měkčí a fotony, které takto emitují, jsou pak identické. Na výstupu se pro jistotu ještě instalují speciální filtry, které zajistí, že v roli qubitů pak budou skutečně fungovat pouze identické fotony. Technika má být využitelná pro kvantovou kryptografii, respektive i obecnější „kvantový Internet“. Problém ovšem je, že systém prozatím dokáže fotony produkovat jen velmi pomalu, rychlostí asi jednoho fotonu za sekundu. Zařízení pracující při teplotě blízké absolutní nule za stejnou dobu vytvoří miliony fotonů/qubitů.
Karsten B. Dideriksen et al, Room-temperature single-photon source with near-millisecond built-in memory, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24033-8
Zdroj: University of Copenhagen / Phys.org
Kvantový počítač v racku
Na University of Innsbruck demonstrovali kvantový počítač s iontovou pastí, který by mohl být normálně součástí datového centra. Nejde o žádný systém zabírající půl místnosti, ale o kompaktní zařízení, které se vejde do dvou 19palcových racků. Qubity mají podobu zachycených iontů vápníku. Zatím se jedná pouze o demonstraci, protože počítač využívá pouhých 24 qubitů, příslušný tým by ovšem do roka chtěl dosáhnout verze s 50 qubity.
Jádro kvantového počítače, iontová past ve vakuové komoře, se podařilo pořádně miniaturizovat. Celé zařízení vyvinuly společnosti Alpine Quantum Technologies, což je spin-off University of Innsbruck a Rakouské akademie věd, německá firma TOPTICA Photonics a německý Frauhoferův ústav. Součástí systému je i ochrana počítače před rušivými vlivy typu záření či mechanických vibrací. Teplotu provozu systému tisková zpráva ani abstrakt článku neuvádějí.
I. Pogorelov et al, Compact Ion-Trap Quantum Computing Demonstrator, PRX Quantum (2021). DOI: 10.1103/PRXQuantum.2.020343
Zdroj: University of Innsbruck / Phys.org
Viz také na ITBiz.cz: Kvantové počítače – jak vybírat poskytovatele
