Revolúcia v kvantovej výpočtovej technike: Výskumníci objavujú nové materiály!

Revolúcia v kvantovej výpočtovej technike: Výskumníci objavujú nové materiály!

V posledných rokoch sa kvantové výpočty ukázali ako jedna z najsľubnejších oblastí výskumu, ktorá by mohla spôsobiť revolúciu v spracovaní informácií. Srdcom tejto technológie sú kvantové bity, známe tiež ako qubity, ktoré môžu nadobudnúť niekoľko stavov súčasne vďaka svojej schopnosti superponovania. Kým klasické počítače uchovávajú informácie v bitoch, ktoré predstavujú len stavy 0 alebo 1, qubity môžu byť v stave superpozície a tým výrazne zvýšiť výpočtový výkon. [uni-kiel.de] uviedli, že dva qubity sú schopné súčasne reprezentovať všetky štyri kombinácie (00, 01, 10, 11).

Jednou z kľúčových výziev v kvantových výpočtoch je dekoherencia, proces, ktorý ovplyvňuje stabilitu týchto kvantových superpozícií. Prof. Dr. Nahid Talebi z Christian Albrechts University v Kieli vysvetľuje, že chladenie na minimalizáciu porúch je užitočné, ale zložité a drahé. Súčasný výskum sa zameriava na nové materiály, ktoré umožňujú stabilné kvantové bity pri vyšších teplotách.

Šesťhranný nitrid bóru ako nový materiál

Nová štúdia publikovaná 8. marca 2025 v Nature Communications skúma hexagonálny nitrid bóru (hBN) ako sľubný materiál pre aplikácie kvantových informácií. Farebné centrá v nitride bóru môžu vyžarovať svetlo a fungovať ako qubity. Súdržnosť týchto farebných centier je však nestabilná. Výskumná práca, predložená 14. januára 2025 a revidovaná 10. februára 2025, má názov „Čas dekoherencie spinu základného stavu $V_{B}$ centier v hexagonálnom nitride bóru“ a jej autorom je Fatemeh Tarighi Tabesh a jej spoluautori. Výsledky ukazujú, že čas Hahnovej echo koherencie $V_{B}$ spinu elektrónov pri izbovej teplote je asi 30 µs, čo predstavuje pokrok v pochopení dekoherencie defektov v hBN a predstavuje základ pre praktické aplikácie v kvantových technológiách. [arxiv.org]

Ďalším dôležitým aspektom tohto výskumu je nová metóda, ktorá umožňuje špecificky uviesť defekty v nitride bóru do superpozície a jednotlivo ich prečítať. Tu sa elektrónom riadený fotónový zdroj používa na generovanie svetelných zábleskov, ktoré prinášajú defekty do stavu superpozície. Tieto záblesky svetla trvajú jeden a pol femtosekundy, takže postačujú na dosiahnutie požadovaných stavov superpozície.

Vyhliadky do budúcnosti a aplikácie

Potenciál kvantových počítačov ďaleko presahuje rámec základného výskumu. [das-wissen.de] vysvetľuje, že pokroky v tejto oblasti môžu poskytnúť riešenia zložitých problémov, ktoré sú mimo dosahu tradičných počítačov. Aplikácie by mohli zahŕňať kryptografiu, vedu o materiáloch, farmáciu a komplexné optimalizačné problémy. Kvantové previazanie, ktoré umožňuje kvantovým bitom meniť stav bez ohľadu na fyzickú vzdialenosť, predstavuje ďalšiu významnú výhodu.

Spoločnosti ako Google, IBM a Honeywell už dosiahli výrazný pokrok a sprístupnili kvantové počítače prostredníctvom cloudových platforiem. Na realizáciu všetkých potenciálnych výhod tejto technológie je však nevyhnutná interdisciplinárna spolupráca a investície do výskumu a vývoja. Výzva zabezpečenia stability qubitov zostáva ústrednou otázkou, ktorá bude formovať ďalší vývoj kvantových počítačov.