Sciencemag.cz
Doporučujeme
K prokázání takzvané kvantové nadvlády kvantového počítače založeného na fotonech využili čínští vědci řešení výpočtového problému formulovaného na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI). Konkrétně jde o protokol Gaussova vzorkování bosonů (Gaussian Boson Sampling), se kterým přišel Craig Hamilton a Igor Jex z FJFI a jejich partneři, skupina Christine Silberhorn z německé University v Paderbornu. Výzkumný tým Čínské univerzity vědy a technologie zveřejnil zprávu o výsledcích 3. prosince 2020 v časopise Science.
„Vědce velice potěší skutečnost, že se jeho práce stala důležitou součástí tak významného kroku, jakým je dosažení kvantové nadvlády. Ta nám přitom slibuje doslova revoluční skok, protože s kvantovými počítači budeme schopni provádět výpočty, které mohou lidstvo posunout výrazně vpřed prakticky ve všech myslitelných oblastech výzkumu,“ vysvětlují Craig Hamilton a Igor Jex.
Kvantové výpočty slibují o několik řádů větší efektivitu těch nejnáročnějších výpočtů oproti klasickým počítačům. Kvantová nadvláda pak představuje stav, kdy kvantový počítač dokáže vyřešit výpočet rychleji než nejlepší dostupný konvenční superpočítač.
Poprvé oznámil kvantovou nadvládu v říjnu 2019 Google s pomocí qubitů zakódovaných v supravodivém polovodičovém čipu Sycamore (publikace). Aktuální výsledek čínských vědců na jejich počítači s názvem Jiuzhang posouvá do popředí vývoj kvantové počítače využívající optickou platformu.
Již od roku 2017 je známo, že kvantové stavy světla lze použít k prokázání kvantové nadvlády. Scott Aaronson, který je profesorem na Massachusetts Institute of Technology (MIT) a je významným teoretickým kvantovým počítačovým vědcem stojícím i za použitým algoritmem Google, formuloval takzvaný Boson Sampling problém jako první experimentálně dostupný způsob pro dosažení kvantové nadvlády. Problém vzorkování bosonů však vyžaduje generování pečlivě vytvořených stavů mnoha fotonů, což je výzva, která se pro experimentální fyziky ukázala jako nepřekonatelná.
Důležitou součástí demonstrace kvantové nadvlády fotonickým kvantovým počítačem se stal protokol Gaussian Boson Sampling Craiga Hamiltona, Igora Jexe a jejich partnerů z University of Paderborn (publikace). Problém Gaussova vzorkování bosonů je variantou původního problému vzorkování bosonů, který se opírá o různé kvantové stavy světla. Na rozdíl od původního protokolu, který vyžaduje, aby byly fotony distribuovány napříč vstupy zařízení koncentrovaným způsobem, předpokládá protokol Gaussian Boson Sampling distribuci fotonů plynulým způsobem popsaným Gaussovou funkcí známou také jako Gaussovská (zvonovitá) křivka. Tyto vstupy jsou v experimentálních laboratořích výrazně dostupnější, a díky tomu se vědci, kteří dosáhli průlomového milníku, mohli soustředit na překonání dalších technických výzev souvisejících s demonstrací kvantové nadvlády.
Craig Hamilton a Igor Jex jsou členy výzkumné skupiny Q3 na katedře fyziky FJFI ČVUT v Praze. Výzkum kvantové optiky a kvantové informace je také součástí výzkumného programu Theory v rámci Centra pokročilých aplikovaných přírodních věd (CAAS), který je jedním z největších současných projektů Českého vysokého učení technického v Praze (ČVUT). Výzkumná skupina se zaměřuje na hledání možných praktických využití kvantových technologií, jako jsou výpočty, simulace a zkoumání dalších zajímavých teoretických otázek v kvantových vědách.
tisková zpráva ČVUT
Viz také: Kvantový počítač vyřešil, co by nejrychlejšímu superpočítači trvalo 600 milionů let
