Sciencemag.cz
Doporučujeme
Kvantová kryptografie stojí na tom, že měřením systému se jeho stav změní (odposlech je prozrazen). V kvantových počítačích při odečítání výsledků kolabuje vlnová funkce (respektive v opačném pořadí). Jak si pak představit ono odečítání qubitů „beze měny“?
Kolaps vlnové funkce se týká pouze zapletených, provázaných (entanglement) stavů. Naopak samotnou informaci např. o spinu můžeme odečíst zcela klasicky, aniž bychom ji změnili. Pro prakticky použitelné kvantové počítače je to i nutné, protože hodnoty qubitů musíme před spuštěním výpočtu nejprve nějak nastavit a také zkontrolovat (alespoň nějak statisticky), zda je vstupní informace opravdu zakódována dle našich požadavků, eventuálně chybu opravit. Informaci z jednoho qubitu je také třeba umět kopírovat dál. S důrazem na ono kopírovat, nikoliv přesouvat.
Nicméně ani odečet/kontrola stavu „normálního“ osamoceného qubitu není jednoduchá, ne kvůli fyzikálním principům, ale prostě kvůli technickým potížím. Na japonském RIKENu nyní přišli s technikou, která údajně umožňuje nedestruktivně měřit spin elektronu chyceného v kvantové tečce v křemíku, a to opakovaně. Jedná se o další argument pro tento typ kvantového počítače; systémy založené na křemíku lze (relativně) snadno integrovat s dalšími součástkami a dají se také oproti konkurenčním řešením qubitů lépe škálovat.
Pokud se informace o spinu převede na elektrický náboj, lze hodnotu odečíst snadno, ale tento postup je bohužel právě s velkou pravděpodobností destruktivní. Vědci z RIKENu proto na bázi fungování feromagnetismu nejprve příslušný qubit „zkopírovali“ na sousední elektron ve vedlejší kvantové tečce, kde spin zaujal stejnou orientaci. Tento spin pak šel už normálně (destruktivně) odečíst převodem na elektrický náboj, aniž to ovlivnilo spin původního elektronu/hodnotu qubitu. Studie publikovaná v Nature Communications to ovšem popisuje poněkud složitěji, mluví se tam o tzv. Isingových interakcích. Model prý umožňuje, aby při odečtu informace došlo k její destrukci pouze v 0,04 % případů (Poznámky PH: Jak se na takové číslo přišlo? Zdá se to být stále docela dost. Zjistíme, zda se u konkrétního qubitu (ne)podařil nedestruktivní odečet?); otevírá se tak cesta k relativně odolným kvantovým systémům.
J. Yoneda et al. Quantum non-demolition readout of an electron spin in silicon, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-14818-8
Zdroj: RIKEN/Phys.org a další
