Revoluční Vývoj v Kvantovém Počítačství na Univerzitě Tel Aviv
Společnost Quantum Pulse Ventures, spojená s Univerzitou Tel Aviv, nedávno oznámila vývoj univerzálního kvantového koppleru (spojky), který výrazně zvyšuje odolnost proti chybám v optickém kvantovém počítačství. Výzkumníci uvedli, že tento pokrok by mohl zásadně urychlit revoluci v počítačové technice během několika let.
Tuto technologii vyvinuli vědci z Univerzity Tel Aviv ve spolupráci s firmou a nyní je nabízena vývojářům z celého světa. Quantum Pulse Ventures, založená v roce 2021, získala výhradní práva na patenty spojené s revolucí v optickém kvantovém počítačství a přinášením těchto inovativních technologií na trh.
„Existuje několik hlavních typů technologií pro stavbu kvantových počítačů: supravodiče, zachycené ionty, neutrální atomy a optické kvantové počítačství, tedy fotonické,“ vysvětluje profesor Yaron Oz, vedoucí Centra pro kvantové vědy a technologie na Univerzitě Tel Aviv a také spoluzakladatel a hlavní vědec firmy. „Optické kvantové počítačství funguje tak, že v rámci qubitu existují dvě dráhy; pokud foton prochází jednou, výsledek je 0, a pokud druhou, výsledek je 1. Ale pokud procházejí oběma dráhami současně, výsledek je superpozice 0 a 1.“
Profesor Oz dodává: „Optický kvantový počítač má dvě jasné výhody: za prvé, fotony nejsou citlivé na své okolí, takže není potřeba speciální chlazení a počítač může fungovat při pokojové teplotě. Druhou výhodou je škálovatelnost: ve fotonice existují známé výrobní techniky pro čipy, což usnadňuje výrobu milionů qubitů.“
Vědci upozornili, že zatímco klasický bit počítače může existovat v stavu 0 nebo 1, qubity kvantového počítačství mohou existovat v obou stavech současně – a proto potenciální výpočetní výkon kvantového počítače exponenciálně roste: zatímco počítač s 10 bity může zpracovat deset datových bodů, kvantový počítač s 10 qubity může ve stejném okamžiku zpracovat 2 na 10, tedy 1,024 datových bodů. K tomu počítač využívá dvě vlastnosti kvantové mechaniky: superpozici (kdy se částice může nacházet ve dvou místech současně) a kvantové provázání (když jsou dvě částice provázány a ovlivňují se navzájem).
„Proč tedy nemáme kvantové počítače v kancelářích a domovech?“ ptá se profesor Oz. „Odpověď leží v chybách. Pravděpodobnost chyby klasického počítače je minimální. Naopak qubity jsou velmi citlivé a jejich chybovost je vysoká. Například chyba jednoho procenta by znamenala, že po sto operacích by byl veškerý výpočet chybný. V optickém počítačství je výzvou vybudovat kopplery, kvantové spojnici, co nejpřesněji, aby se snížil prah chybovosti – avšak tyto komponenty jsou v nanometrickém měřítku. Námi vyvinutý patent je založen na odlišném designu kopplaru: místo přímého vedení má architekturu velký-malý. Tento kvantový design jsme matematicky otestovali a skutečně snížil prah chybovosti, což jsme potvrdili i experimenty.“
Kopplery, které vyvinuli vědci z Univerzity Tel Aviv, snižují hardwarové požadavky, zkracují potřebný čas k provádění výpočtů a zlepšují odolnost proti chybám v optickém kvantovém počítačství. Profesor Chaim Sukhovsky z Fakulty fyziky a astronomie, vedoucí experimentální laboratoře, která koppler vyvinula, získal inspiraci z matematické techniky původně vyvinuté v oblasti MRI a poprvé ji aplikoval v oblasti integrovaných fotonických obvodů.
Univerzita Tel Aviv odhaduje, že se jedná o revoluční vylepšení, které umožní výrobu kvantových počítačů za 100 milionů dolarů místo miliardy dolarů – a odmítne průmysl budoucnosti v oblasti kvantového počítačství, jehož hodnota se odhaduje na více než trilion dolarů do roku 2035. Nový fotonický koppler má však i jiné aplikace.
Ofer Shapira, generální ředitel Quantum Pulse Ventures, hovoří o nadšené reakci analytiků v oboru na řešení, které společnost představila, a o tom, že toto řešení má potenciál široce ovlivnit průmysl, jehož hodnota se pohybuje v řádu stovek miliard dolarů. „Společnost je teprve na začátku své cesty a jsme nadšeni, že se chystáme na další krok v komercializaci technologie a růstu firmy. Není to poprvé, co spolupracujeme s Univerzitou Tel Aviv na komercializaci technologií s potenciálem měnit svět,“ říká.
„Protože kvantové počítače mohou snadno prolomit běžné internetové šifrovací protokoly, jako je RSA, jedním ze způsobů obrany je přenos šifrovacího klíče pomocí optické kvantové komunikace,“ říká profesor Oz. „I zde je třeba kvantově provázat fotony, a také zde mohou naše kopplery přinést zásadní změnu. Přirovnání k klasickému počítačství je takové, že vylepšení kvantových bran je jako vylepšení tranzistorů: šetří nám místo a náklady na počítače, a současně je optimalizuje a zlepšuje.“
