Souhrn
Výzkumníci z University of Colorado at Boulder vyvinuli optický modulátor fází velikosti mikročipu, který přesně ovládá laserové světlo pro kvantové počítače. Zařízení je téměř 100krát tenčí než šířka lidského vlasu, spotřebovává méně energie než současné laboratořní systémy a lze ho vyrábět standardními metodami pro čipy v počítačích či chytrých telefonech. Tento postup umožňuje škálovat kvantové systémy na tisíce qubitů.
Klíčové body
- Velikost zařízení: téměř 100krát tenčí než lidský vlas, kompatibilní s optickými vlákny.
- Výroba: standardní lithografické metody používané pro procesory v spotřební elektronice.
- Funkce: přesné ovládání frekvencí laserů pro manipulaci s qubity v kvantových počítačích.
- Publikace: studie v časopise Nature Communications.
- Klíčoví autoři: Jake Freedman (doktorský student) a Matt Eichenfield (profesor kvantového inženýrství).
Podrobnosti
Výzkum vedený Jakem Freedmanem, doktorským studentem na katedře elektrotechniky, počítačového a energetického inženýrství, a profesorem Mattem Eichenfieldem, držitelem katedry Karla Gustafsona v kvantovém inženýrství, představuje optický čip integrovaný s polem optických vláken. Tento modulátor fází slouží k přesnému řízení fáze a frekvence laserového světla, což je nezbytné pro inicializaci, čtení a manipulaci s qubity – základními jednotkami kvantové informace. Současné systémy pro toto ovládání jsou objemné, energeticky náročné a vyžadují zakázkovou výrobu v laboratořích, což omezuje škálovatelnost na desítky qubitů.
Nový čip, vyrobený technikami podobnými těm pro CMOS procesory v automobilech, chytrých zařízeních nebo domácích spotřebičích, měří jen mikroskopické rozměry a integruje se přímo s optickými vlákny. Testy prokázaly přesnost ovládání na úrovni pikohertzů při spotřebě řádově nižší než u konkurenčních řešení. Spolupráce zahrnovala vědce z dalších institucí, přičemž zařízení bylo osvětleno laserem z pole optických vláken, jak ukazuje fotografie od Jakea Freemana. Tento přístup řeší klíčový problém: kvantové počítače potřebují tisíce až miliony qubitů pro praktické výpočty, jako simulace molekul pro farmacii nebo optimalizace logistiky, ale dosavadní optika to neumožňovala kvůli velikosti a nákladům. Zatím jde o prototyp, jehož nasazení v reálných systémech vyžaduje další testy stability při kryogenních teplotách, kde kvantové počítače fungují.
Proč je to důležité
Tento vývoj posouvá kvantové počítače blíže k praktickým aplikacím, kde quantum advantage – převaha nad klasickými počítači – umožní řešit problémy v chemii, kryptografii nebo materiálovém výzkumu. Standardní výroba znamená potenciál pro masovou produkci, což snižuje náklady z milionů na tisíce dolarů za jednotku a umožňuje budovat systémy s tisíci qubitů, jako ty od IBM nebo Google. V širším kontextu to urychluje konkurenci mezi firmami jako IonQ nebo Rigetti, které se zaměřují na iontové nebo supravodivé qubity, a posiluje pozici akademických center v komercializaci. Nicméně kriticky: bez prokázané chybovosti pod 0,1 % na qubit a delších koherenčních časů zůstává cesta k užitečným strojům dlouhá, pravděpodobně 5–10 let.
Zdroj: 📰 Science Daily
