Kvantové počítače mají obrovský potenciál pro řešení složitých problémů, které nezvládnou ani ty nejvýkonnější klasické počítače. Používají kvantové bity (qubity) – podobné nulám a jedničkám v klasickém počítání, ale s výrazně větší flexibilitou – ke zpracování informací exponenciálně rychlejšími rychlostmi. Sestavení skutečně funkčního kvantového počítače však vyžaduje obrovské množství stabilních a ovladatelných qubitů.
Zde přichází do popředí výzkum kvantových teček. Tyto nanostruktury mají jedinečné vlastnosti, které z nich dělají ideální kandidáty na qubity. Nedávné průlomy se zaměřují na vytváření a ovládání více kvantových teček současně, protože to otevírá dveře ke studiu komplexních kvantových interakcí potřebných pro pokročilé výpočty.
Triumf trojic oxidu zinečnatého
Vědci z Tohoku University Institute for Advanced Materials Research (WPI-AIMR) dosáhli významného milníku tím, že úspěšně vytvořili a elektricky ovládali ternární kvantové tečky uvnitř oxidu zinečnatého (ZnO). Tento úspěch, popsaný ve Scientific Reports, představuje velký krok vpřed, protože i když byly dříve prokázány jednoduché a dvojité kvantové tečky v ZnO, manipulace se třemi nebo více propojenými tečkami zůstala impozantní výzvou.
Přitažlivost ZnO spočívá nejen v jeho vhodnosti pro tvorbu kvantových teček, ale také v jeho vrozených vlastnostech. ZnO je polovodič známý pro svou silnou elektronovou korelaci a dobrou spinovou koherenci – klíčové vlastnosti pro spolehlivý provoz qubitů.
Rozluštění kvantových jevů
Kromě jednoduchého ovládání vědci pozorovali fascinující jev známý jako efekt kvantového celulárního automatu (QCA) v jejich systému se třemi kvantovými tečkami. Tento efekt, jedinečný pouze u systémů se třemi nebo více spojenými kvantovými tečkami, zdůrazňuje vznik nového chování při interakci více qubitů. V tomto případě konfigurace náboje v jedné kvantové tečce přímo ovlivnila její sousední tečky prostřednictvím elektrostatické vazby, což způsobilo synchronizovaný pohyb dvou elektronů. Tento „domino efekt“ má významné důsledky pro návrh energeticky účinných operací kvantové logiky, což je základní stavební kámen kvantového počítání.
Cesta ke škálovatelným kvantovým počítačům
Tyto objevy představují rozhodující krok směrem k praktickým kvantovým počítačům. ZnO, který je již známý z každodenních aplikací v opalovacích krémech a průhledné elektronice, nyní přichází do popředí jako potenciální platforma pro vytváření stabilních a škálovatelných kvantových systémů. Budoucí výzkum se zaměří na přesné řízení těchto kvantových interakcí v rámci ZnO, aby umožnil koherentní qubitové operace – v podstatě naučí qubity „mluvit“ spolu a provádět výpočty.
Pokud toho vědci dokážou dosáhnout, kvantové počítače by mohly způsobit revoluci v oblastech, jako je materiálový design, objevování léků a kryptografie, a vyřešit problémy, kterých nemohou dosáhnout ani naše nejvýkonnější klasické stroje.
