Nový úspěšný experiment kvantových fyziků z Oxfordu otevírá dveře praktickým možnostem kvantové teleportace. Vědcům se totiž poprvé povedlo přenést základ algoritmu.
Vědci poprvé kvantově teleportovali logické hradlo
Kvantoví fyzici z Oxfordské univerzity dosáhli významného pokroku v takzvané kvantové teleportaci. Sestrojili totiž plně škálovatelný kvantový počítač, který je schopný kvantové teleportace. Ten jejich dokáže přenášet „logická hradla“, což jsou zjednodušeně řečeno základy algoritmů.
Logický člen neboli hradlo je základní stavební prvek logických obvodů, který vyčísluje logickou funkci. Typicky má jeden či více vstupů a jediný výstup. Jde o základ algoritmů.
To znamená průlom, protože by to poprvé mohlo umožnit praktické využití této slibné, ale zatím nepraktické technologie. Právě algoritmy totiž znamenají programy či příkazy a vedou ke smysluplné komunikaci. A že je počítač škálovatelný, je zase důležité pro to, aby se jeho schopnosti daly využít nejen v laboratoři, ale také v reálném světě.
Podle britského deníku Independent mají autoři objevu k výsledkům velkou důvěru a tvrdí, že „umožní realizovat technologii nové generace na úrovni, která naruší průmysl“.
Od teorie k praxi
Kvantové počítače experti zkoumají už desítky let, ale výzkum až donedávna nepřinášel zásadní výsledky. Vypadalo to, že ještě dlouho zůstane čistě v oblasti teorie a vědecké fantastiky. Ale v poslední době už se první pokroky objevují.
Výhoda kvantových počítačů spočívá v tom, že nepoužívají klasické jedničky a nuly, ale tyto bity nahrazují takzvanými qubity, které mohou díky paradoxům kvantového světa fungovat jako jednička a nula současně. To nabízí zcela jiné možnosti pro programování, rychlost některých výpočtů a také to otevírá zcela nové oblasti, jež by počítače mohly řešit.
Díky tomu mají kvantové počítače potenciál být o několik řádů výkonnější než dnešní nejmodernější superpočítače, které využívají klasickou výpočetní technologii. Ne pro všechny oblasti, ale například pro šifrování a dešifrování je potenciál podle vědců obrovský.
Jak funguje teleportace
Ve sci-fi filmech se teleportace objevuje často – na obrovské vzdálenosti se v nich přenášejí věci, zvířata a mnohdy i lidé. Kvantová teleportace je ale něco jiného – přenáší se, zatím spíše na kratší vzdálenosti, jen informace. To se podařilo už mnohokrát, ale zatím nikdy se to netýkalo logických hradel. V tomto případě teleportace probíhala počítačovou sítí.
Funguje to díky takzvanému kvantovému provázání, což je specifické spojení mezi dvěma částicemi. Když jsou dvě částice takto provázané, promítne se změna stavu jedné okamžitě i do té druhé. A to i v případě, když jsou od sebe velmi daleko – teoreticky i na opačném konci vesmíru. Tento jev je tak rychlý, že to vypadá, jako by se informace přenesla na dálku, právě proto se procesu říká „teleportace“.
Při kvantové teleportaci se nejprve vytvoří provázání mezi dvěma částicemi. Poté se na jednom místě změří stav první částice a na základě tohoto měření je možné upravit stav té druhé, která je na jiném místě. Takto se „teleportuje“ informace o původním stavu, i když samotná částice se fyzicky nepohne. Proces je každopádně velmi složitý a v současnosti funguje pouze na úrovni částic, ne předmětů.
„Předchozí demonstrace kvantové teleportace se zaměřovaly na přenos kvantových stavů mezi fyzicky oddělenými systémy,“ uvedl pro Independent Dougal Main z katedry fyziky Oxfordské univerzity, který studii vedl. „V naší studii využíváme kvantovou teleportaci k vytváření interakcí mezi těmito vzdálenými systémy. Pečlivým přizpůsobením těchto interakcí můžeme provádět logická kvantová hradla – základní operace kvantových počítačů – mezi qubity umístěnými v oddělených kvantových počítačích. Tento průlom nám umožňuje efektivně propojit různé kvantové procesory do jediného, plně propojeného kvantového počítače,“ vysvětlil výzkumník.
Oxfordští vědci věří, že technika kvantové teleportace by mohla být jednou základem budoucího „kvantového internetu“, který by nabízel ultrabezpečnou síť pro komunikaci, výpočty a snímání. Tato síť by navíc nebyla svázána pravidly fyziky, která „běžnou“ rychlost přenosu limitují.
„Náš experiment dokazuje, že síťově distribuované zpracování kvantové informace je se současnou technologií proveditelné,“ dodal profesor David Lucas, hlavní řešitel výzkumného týmu a vedoucí vědecký pracovník britského centra pro kvantové výpočty a simulace.
