Olomoucký fyzik nabízí nový způsob pro sestavení kvantového počítače

Profesor Opatrný přibližuje svůj nový návrh pro sestavení kvantového počítače.
Foto: Martina Šaradínová
pátek 14. červenec 2017, 8:00 – Text: Martina Šaradínová

Nový způsob pro sestavení kvantového počítače navrhl fyzik Tomáš Opatrný z katedry optiky na přírodovědecké fakultě. Pro teoretický model kvantového hradla, tedy jakéhosi základního obvodu pro případné kvantové procesory, využil známou technologii atomových hodin. Na rozdíl od většiny jiných návrhů se zde informace nezpracovává v podobě bitů, ale jako spojitá proměnná, což má své výhody pro simulaci dějů z mikrosvěta. Originalitu řešení potvrzuje zveřejnění modelu v posledním čísle odborného časopisu Physical Review Letters.

Oblasti kvantového zpracování informací se vědci věnují intenzivně od 80. let minulého století. Snaží se o sestavení kvantových počítačů, které by mnohem lépe než počítače klasické například simulovaly neklasické, tedy kvantové objekty. Postupů je navrženo několik. Který z nich se nakonec ve velkém měřítku uplatní v praxi, se dosud neví. Zatímco vědci na olomoucké katedře optiky či Společné laboratoři optiky většinou počítají se zapsáním informací do částic světla, profesor Opatrný se vydal odlišnou cestou, při níž využívá neutrální atomy v zajetí světla. „V mé práci se ale nejedná o jednotlivé neutrální atomy, ale jejich celé velké skupiny. Ty mají simulovat spojitě měnící se proměnou, tedy něco jako polohu částic. Velké množství atomů je držené v rezonátoru, tedy de facto mezi dvěma zrcadly. Světlo se mezi nimi odráží tam a zpátky, čímž se vytváří poměrně silné optické pole. My v něm můžeme nutit atomy chovat se tak, jak potřebujeme,“ popsal princip profesor Opatrný.

Výhodou řešení je podle něj to, že atomy si spolu „povídají“ mnohem intenzivněji a tudíž může docházet k lepšímu přenosu informací. Na pomoc si vědec vzal technologii užívanou pro určitý druh atomových hodin. V nich člověk laicky řečeno ovládá světlem „atomové ručičky“ pro přesné měření času.  V případě kvantového hradla bylo ale potřeba docílit, aby „ručičky“ jedněch hodin ovládaly ručičky dalších hodin a ty opět dalších.  „Takto budeme simulovat kvantový systém způsobem, který je založen na jiných technologiích než doposud. Tento teoretický model ale bude potřeba experimentálně ověřit na pracovištích s vakuovým systémem a zařízením na chlazení atomů na mimořádně nízké teploty. K tomu ještě může vést dlouhá cesta,“ upozornil Opatrný, jehož článek je dostupný zde

Nápad podle něj vznikl při práci na jiném vědeckém problému.  „Nápad je jedna věc a je krásné, když přijde. Pak jsem to ale musel všechno přepočítat. Během roku jsem počmáral stovky papírů, abych teorii ověřil,“ vzpomíná Opatrný.

Kvantová informatika se těší velkému zájmu výzkumníků. Podle nich totiž kvantové počítače umožní v budoucnu velký pokrok v kódování a přenosu informací. První kvantové počítače určené k řešení některých specifických úloh již fungují i v komerční sféře. Univerzální počítač je ale stále velkou výzvou.