Způsob výroby kvantových počítačů ve větším měřítku by mohl být založen na diamantu. Informaci by v tomto konceptu nesly defekty v diamantových krystalech, samozřejmě na rozměrech nanometrů.
Tým vědců z MIT, Harvard University a Sandia National Laboratories navrhl celou techniku v publikaci v Nature Communications. Hlavními autory příslušného článku byli Dirk Englund a Tim Schröder z MITu.
Prozatím laboratorní postup umožňuje realizovat příslušný defekt s přesností kolem 50 nm. Autoři nové studie uvádějí, že nejprve v diamantu vytvoří fotonický kvantový obvod a tomu pak do cesty na přesné místo postaví jako další prvek paměť. Defekt v diamantu zde odpovídá kvantovému bitu, qubitu. Může mít povahu díry nebo jiného atomu (dopantu) či jejich kombinace a vlastní informaci pak nesou spiny valenčních elektronů na tomto místě.
Vady v krystalové mřížce diamantu fungují jako přirozený zdroj světla, čímž se řeší problém, jak příslušnou informaci číst. Vyzařované fotony prý zachovávají neporušenou původní hodnotu informace (superpozici stavů spinů elektronů) a přenášejí ji k dalšímu funkčnímu prvku. Nejdéle udrží informaci defekt, kde je dopantem atom dusíku; zde však vyvstává zase problém, že dusík světlo vyzařuje na různých frekvencích, což způsobuje růst chybovosti při dalším zpracování. Nově navržený postup využívá namísto toho jako dopanty atomy křemíku; v tomto případě ale vše funguje jen při teplotách ve zlomcích stupňů nad absolutní nulou, zatímco dusíkové uspořádání vydrží při 4 K.
Studie diskutuje i to, proč je jednodušší nejprve vytvořit v diamantu optický obvod a až pak na správná místa umisťovat defekty, než nejprve vytvořit defekty náhodně (nebo využít ty přirozeně existující) a k nim dodělávat obvody. Samotný laboratorní postup vychází ze syntetického diamantu a tloušťce 200 nanometrů, zde se vypálí obvody, atomy křemíku se pak na definovaná místa vkládají pomocí zařízení zvaného nanoimplanter a umístění se ještě ladí při zahřátí vzorku. Provádělo se to všechno v různých laboratořích, mezi nimiž meziprodukty musely cestovat, čili tvrzení autorů (viz titulek článku) o možnostech masové výroby kvantových počítačů působí prozatím jako značná nadsázka.
45 qubitů jako hranice?
Zajímavou novinku z oblasti kvantových počítačů představují také simulace vědců ze Swiss Federal Institute of Technology (ETH Curych). Podle nich 45 qubitů, představuje hranici, kdy kvantové počítače překonají výpočetní sílu současných superpočítačů.
Samotné výpočty byly provedeny na National Energy Research Scientific Computing Center, které spadá pod Ministerstvo energetiky USA. Thomas Häner a Damien Steiger z ETH pro simulaci využili nejnovější superpočítače NERSC jménem Cori a Edison. Cori obsahuje téměř 10 000 procesorů Intel Xeon Phi.
Kvantový počítač o 45 qubitech není v tuto chvíli k dispozici ani zdaleka, nicméně jeho simulace/emulace je prý z hlediska očekávaného výkonu poměrně spolehlivá. Autoři výzkumu vysvětlují, že jejich simulace se netýkala běhu nějakého speciálního programu na kvantovém počítači, ale kvantového počítače (jeho „obvodů“) jako celku, což umožňuje zahrnout i roli šumu. Taková simulace je pak velmi náročná, simulace 45qubitového kvantového systému na superpočítači Cori vyžadovala celkem 0,5 petabajtů paměti a výkon 0,428 petaflopů. Tato studie byla prozatím publikována na Arxiv (práce, které dosud neprošly odbornou recenzí).
Zdroj: Phys.org