Úterý 18. června 2024
ikona hodiny12. 3. 2022 07:00

Pohnuli solitonem a přiblížili se kvantovým počítačům

Vzdálená budoucnost je opět o něco blíže. Vědcům z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR se ve spolupráci s jejich korejskými kolegy podařilo vytvořit a následně také vyrušit soliton. Teoretický výzkum pozorovatelný tak akorát pomocí rastrovacího mikroskopu může mít důležitý praktický dopad. Otevírá totiž novou cestu ke kvantovým počítačům, které mají být mnohem výkonnější než ty současné. A nejen k nim.

Daniel Mrázek autor

Foto: Shutterstock.com Čeští fyzici přiblížili počítačovou budoucnost Foto: Shutterstock.com

Současné počítače jsou na limitech, proto se noříme do světa kvantových technologií, říká ve zvukové reportáži fyzik Pavel Jelínek.

Solitony jsou vlny, které se šíří bez ztráty energie, takže si zachovávají svou rychlost i tvar. Tím se liší od běžných vln, které se za normálních okolností prodlužují, zpomalují a nakonec se ztratí. Solitonů si v roce 1834 poprvé všiml inženýr Scott Russel v plavebním kanálu. Zaujaly ho natolik, že je stíhal na koni podél toku poblíž Edinburghu několik mil. Se solitony se ale můžeme setkat i kvantovém světě.

„Zabýváme se studiem molekulárních struktur, tedy struktur vytvořených z jednotlivých atomů nebo molekul,“ vysvětluje docent Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR. Vědci na povrch křemíku deponovali atomy zlata a zkoumali, co se s atomy stane. „Našli jsme tam jakési pravidelné uspořádání, které jsme byli schopni pomocí pulzu z rastrovacího mikroskopu měnit, vytvářet, rušit nebo posouvat,“ doplňuje fyzik.

Foto: Nature Nanotechnology Série obrázků z rastrovacího mikroskopu zachycující manipulaci jednotlivých solitonů pomocí elektrických pulzů z hrotu mikroskopu Foto: Nature Nanotechnology

A právě to byly ty solitony. K tomu, aby vznikly, potřebují hodně specifické podmínky. Vědci je odhalili a teď uvažují, že právě na solitonech by se jednou mohly zakládat kvantové počítače, tedy přesněji jeden z jejich typů. Důležitá je prý ta neměnnost solitonů. „Jeden z největších problémů kvantového počítání je koherence. To znamená, že kvantový stav interaguje s okolím, čímž se změní. My ale potřebujeme kvantový stav zachovat do doby, než s ním provedeme nějakou operaci. Pokud změní svůj stav dříve, než s ním operaci provedeme, pro kvantové počítání ho použít nemůžeme. Soliton má ale tu výhodu, že svou entitu zachovává,“ popisuje Jelínek s tím, že to je důvod, proč se někteří vědci domnívají, že solitony lze pro vývoj kvantových počítačů využít.

Určitým omezením v rozvoji kvantových počítačů na bázi solitonů bylo, že vědci dosud znali pouze solitony s takzvaným celočíselným nábojem, tedy s celými elektrony. Jenže ty nejsou moc stabilní. Pavlu Jelínkovi a jeho kolegům se ale podařilo vytvořit soliton s takzvaným neceločíselným nábojem: „Není tam lokalizovaný právě jeden elektron, ale jen některá jeho frakční část. Takový soliton vydrží mnohem déle. Zároveň se nám podařilo pomocí rastrovacího hrotu tyto solitony cíleně vytvářet a manipulovat s nimi.“ Právě to je podle Jelínka pro vývoj kvantových počítačů na bázi solitonů nezbytné.

Foto: FZÚ Doc. Pavel Jelínek Foto: FZÚ

Současné počítače jsou už na limitech

Na kvantové počítače se výzkumníci a vývojáři zaměřují kvůli tomu, že ty současné už naráží na své limity. Výkon počítačů se doposud zvyšoval zmenšováním součástek. Čím jsou menší, tím se jich do počítače vejde více, a tím se zvyšuje výkon. Velikost těchto součástek se měří v nanometrech. Postupně se tak dostáváme do kvantového světa, kde ale panují jiné podmínky než ve světě větších rozměrů.

Konceptů kvantových počítačů je několik a v současnosti jsou v různé fázi rozpracovanosti. V klasickém počítači jsou data reperezentována bity, kde každý bit je buď nula, nebo jedna. V kvantovém počítači se ale používají qubity, tedy kvantové bity. Ty mohou být nula, jedna nebo i kombinace obou.

První kvantové počítače se už teď snaží zkonstruovat velké počítačové firmy jako třeba Google, IBM nebo Microsoft. Ke svému fungování využívají supravodiče. Je ale otázka, jak se dokážou v praxi uplatnit a zda budou cenově dostupné. Proto se vědci ohlíží i po dalších směrech, kterými se vývoj kvantových počítačů může ubírat. A solitony jsou jedním z nich.

Nejen kvantové počítače, ale i optoelektronické senzory

Výzkum solitonů není důležitý jen pro kvantové počítače, ale využije se například i v senzorice. Solitony hrají důležitou roli ve vodivých polymerech, jejichž objev byl v roce 2000 odměněn Nobelovou cenou za chemii.

Vytiskneme monitor na tiskárně a složíme ho do kapsy?

Pavel Jelínek věří, že můžou vzniknout například optoelektronické spínače. Aktivují se tehdy, když na ně dopadne světlo. A to právě díky solitonům a tomu, že s nimi dokážeme manipulovat.

Články autora Daniel Mrázek

Nejnovější články

Cestovní ruch
Češi plánují na dovolené více utrácet

Podíl těch, kteří si chtějí užít letní období...

Jak už bylo uvedeno – Češi preferují odpočinkovou...

V rámci celkových výdajů za dovolenou Češi nejvíce utratí...

Výzkum ukázal, že Čechy stále více zajímá při...

Letní dovolenou v zahraničí plánuje 60 % Čechů,...

Expertní pohled
Vzestup a pád Quick Commerce

Jak to ale někdy bývá, lákává myšlenka začala...

Covidová pandemie světovou ekonomikou řádně zacloumala a kromě...

Problémy hlavních Quick Commerce hráčů, jako je zmíněný...

Pro něco takového je potřeba jak využití moderních...

Cestovní ruch
Pusťte dovolenou k vodě!

Kampaň Pustit k vodě je produkt zaměřený na...

Střední Čechy zaznamenaly v minulém roce nejvyšší návštěvnost...

Střední Čechy mají díky Labsko-Vltavské cestě více splavných...

Po covidu obliba domácích dovolených silně vzrostla. Původně...

Nejnovější Aktuality

Cestovní ruch
Češi plánují na dovolené více utrácet

Podíl těch, kteří si chtějí užít letní období...

Jak už bylo uvedeno – Češi preferují odpočinkovou...

V rámci celkových výdajů za dovolenou Češi nejvíce utratí...

Výzkum ukázal, že Čechy stále více zajímá při...

Letní dovolenou v zahraničí plánuje 60 % Čechů,...

Cestovní ruch
Pusťte dovolenou k vodě!

Kampaň Pustit k vodě je produkt zaměřený na...

Střední Čechy zaznamenaly v minulém roce nejvyšší návštěvnost...

Střední Čechy mají díky Labsko-Vltavské cestě více splavných...

Po covidu obliba domácích dovolených silně vzrostla. Původně...

Expertní pohled
Proběhl globální veletrh New Manufacturing World

Předseda představenstva společnosti Daimler, Ola Källenius, se ve...

Automobilový průmysl byl vždy hnací silou technického pokroku....

V praxi konvenční vývojové metody při řešení složitých...

Partner společnosti Drees & Sommer Florian Langlotz a...

Veletrh New Manufacturing World je začátkem série konferencí,...