Kvantové počítače majú dnes robiť neriešiteľné úlohy riešiteľnými. Spolupráca v oblasti výskumu v Rakúsku medzi spoločnosťou Infineon Austria, Joanneum Research a Univerzitou v Innsbrucku s podporou Rakúskej agentúry na podporu výskumu (FFG) má v nasledujúcich troch rokoch pokročiť vo vývoji takých predajných procesorov, ktoré používajú zákony kvantovej mechaniky. Podľa Infineonu sa preinvestuje 2,7-milióna EUR.

Zatiaľ čo konvenčné počítače pracujú s bitmi, t. j. „jedničkami“ a „nulami“, a označujú dva stavy „zapnuté“ a „vypnuté“, kvantové počítače používajú takzvané kvantové bity alebo skrátene qubits. Čo je špeciálne na týchto nosičoch kvantovej informácie: Môžu predpokladať obidva stavy súčasne. Špeciálna vlastnosť vedie k vynikajúcej výpočtovej rýchlosti: výpočtové operácie neprebiehajú jeden po druhom, ale je možné ich vykonávať súčasne. Očakáva sa preto, že kvantové technológie a počítače poskytnú riešenia pre úlohy, ktoré v súčasnosti žiadna iná technológia neumožňuje.

Iónové pasce ako sľubný koncept

Potrebné qubits je možné implementovať za rôznych podmienok: Patria sem teploty blízke absolútnej nule alebo silné vákuum. Vedci z celého sveta sa pokúšajú zvládnuť výzvy: Na univerzite v Innsbrucku sa kladie dôraz na jednotlivé ióny, ktoré sú vo vákuovej komore držané elektromagnetickými poľami. Osvetľujú ich lasery postavené okolo iónovej pasce a uvedené do určitých stavov. Také iónové pasce sú považované za sľubný základný koncept pre realizáciu praktických qubits.

Aby sa dosiahla výhoda rýchlosti v porovnaní s klasickými superpočítačmi, je pre prakticky relevantné úlohy potrebných najmenej 50 qubitov. V súčasnosti je 24 iónov možné jednotlivo ovládať a zamotať do kvantového laboratória v Innsbrucku. Čím viac qubitov je možné implementovať a zamotať, tým väčšiu výpočtovú kapacitu má kvantový počítač.

Projekt „OptoQuant“

Infineon Austria v spolupráci s Univerzitou v Innsbrucku a Joanneum Research uskutočňuje výskum iónových procesorov s integrovanou optikou založených na moderných výrobných procesoch polovodičov. V rámci projektu „OptoQuant“ majú vzniknúť mikroštruktúrované 3D iónové pasce na skladovanie 50 až 100 iónov. Podľa Infineonu by to umožnilo riešiť aritmetické úlohy tam, kde najlepšie superpočítače stále zlyhávajú. Potom by okrem iného bolo možné rýchlejšie vyvinúť lieky na výskum rakoviny, vakcíny alebo nové materiály, zlepšiť komunikáciu odolnú voči dotyku alebo optimalizovať komplexné logistické procesy.

Súčasná výskumná aliancia medzi priemyslom a vedou má za cieľ urýchliť vývoj obchodovateľných kvantových počítačov, uviedla 28. júla 2021 Sabine Herlitschka, generálna riaditeľka spoločnosti Infineon Technologies Austria. Ako zdôraznila Herlitschka: „Spolu so silnými partnermi máme šancu byť v popredí tejto ústrednej budúcej témy, a tak využiť túto príležitosť pre Európu.“

Inštitút experimentálnej fyziky na Univerzite v Innsbrucku spôsobuje medzinárodný rozruch už viac ako dve desaťročia v kvantovom výskume s iónovými pascami. Fyzici už zostrojili prototyp priemyselného kvantového počítača na zachytávanie iónov. Ako uviedol priekopník kvantových počítačov z Innsbrucku Rainer Blatt: „Priemyselné techniky sú nevyhnutné pre škálovanie našich kvantových procesorov na väčší počet qubits a pre ich kontrolu. Spolu s Joanneum Research a Infineon Austria máme teraz odborné znalosti na ďalší vývoj kvantového procesora v Innsbrucku s priemyselnými štandardmi.“

„Spoločný prelom“

Ústav pre povrchové technológie a fotoniku v Joanneum Research sa preslávil v oblasti 3D litografie a integrovanej optiky. Z pohľadu generálneho riaditeľa Wolfganga Pribyla by projekt mohol byť prvým veľkým krokom k miniaturizácii srdca kvantového počítača: „Naučíme sa spoločne nové veci a prelomíme nové základy, pretože implementácia kvantových počítačov by v každom prípade prípade znamenala zmenu paradigmy v informačných technológiách.“ Výrobca polovodičov Infineon, ktorý prevádzkuje vývojové centrum v Grazi, prispieva svojimi skúsenosťami v procese škálovania a výroby.

Niektoré kvantové počítače už existujú. Používanie je však stále komplikované, nie je obzvlášť silné, je veľmi náchylné na zlyhanie a v skutočnosti sa používa iba na akademické otázky, ako je uvedené na webovej stránke Infineon. Odkazuje na rôzne odhady, kedy sa kvantové počítače budú používať vo veľkom: Aplikácie súvisiace s všeobecnou praxou sú preto mysliteľné na konci tohto desaťročia, konkrétne aplikácie ešte skôr.

Zdroj: https://science.apa.at, zverejnené: 29. 7. 2021, autor: rpa