Kvantové počítače slibují revoluci v řešení problémů, které jsou pro dnešní technologie nedosažitelné. Tradiční počítače pracují s bity, které mohou být pouze 0 nebo 1. Kvantové počítače ale využívají qubity, které díky jevu zvanému superpozice mohou existovat současně jako 0 i 1. To jim umožňuje paralelně zpracovávat obrovské množství informací a řešit složité úlohy, na které by běžné superpočítače nestačily.

Problém je, že qubity jsou extrémně nestabilní. Většina současných kvantových počítačů je postavena na supervodivých elektronických systémech, které fungují při velmi nízkých teplotách. Tyto systémy dokáží provádět rychlé a složité výpočty, ale nejsou vhodné pro dlouhodobé ukládání kvantových stavů. Pokud chceme kvantové počítače posunout do praktického využití, potřebujeme tzv. kvantové paměti, které dokážou uchovávat kvantové informace déle a spolehlivěji.

Zdroj: Shutterstock

Průlom z Caltechu: elektrický signál mění na zvuk

Tým vědců z Kalifornského technologického institutu (Caltech), vedený Mohammadem Mirhosseinim, přišel s unikátním řešením. Vytvořili hybridní zařízení, které převádí elektrické signály na zvukové vlny, čímž umožňuje qubitům uchovat svůj stav mnohem déle.

Hlavní roli v experimentu hraje mechanický oscilátor – miniaturní zařízení připomínající mikroskopickou ladičku. Tento oscilátor obsahuje pružné destičky, které se rozechvívají zvukovými vlnami v gigahertzových frekvencích. Když na destičky vědci přivedou elektrický náboj, začnou interagovat s elektrickými signály nesoucími kvantové informace.

Výsledek? Tyto informace lze „uložit“ jako zvukové vibrace a „vyvolat“ zpět i po dlouhé době. Podle Mirhosseiniho se tak životnost uložených kvantových stavů prodloužila až 30× oproti dosavadním možnostem.

Proč zvuk funguje lépe než elektromagnetické vlny

Na první pohled se může zdát zvláštní, že zvukové vlny dokáží uchovat kvantové informace spolehlivěji než elektromagnetické signály. Důvod je dvojí:

1. Zvuk se šíří pomaleji než světlo – díky tomu je možné vytvořit mnohem kompaktnější zařízení.
2. Mechanické vibrace neunikají do volného prostoru – na rozdíl od elektromagnetických vln, které mohou „utéct“ ze systému, zvukové vibrace zůstávají uzavřené v samotném oscilátoru.

Tato vlastnost minimalizuje energetické ztráty a zabraňuje nežádoucímu ovlivňování sousedních zařízení. Výsledkem je stabilnější a efektivnější kvantová paměť.

Překvapivě dlouhá životnost a škálovatelnost

Experimentální výsledky předčily očekávání. Tým změřil, jak dlouho mechanický oscilátor udrží uloženou kvantovou informaci, než se ztratí. Výdrž je třicetinásobně delší než u současných nejlepších supervodivých qubitů.

Navíc díky kompaktnosti zařízení je možné umístit na jediný čip desítky nebo stovky těchto „ladítek“, což otevírá cestu ke škálovatelným kvantovým pamětem. Tato technologie by mohla být klíčová pro budoucí kvantové počítače, které budou potřebovat nejen rychlé, ale i spolehlivé úložiště dat.