Na propojení kvantových počítačů s kvantovou paměti, které se v budoucnu stane stavebním kamenem evropského kvantového internetu, začali pracovat vědci z katedry optiky přírodovědecké fakulty společně s týmy z Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Aalto University ve Finsku a spin-off společnosti QphoX z Nizozemska. Mezinárodní projekt s názvem Superspin podpořila Evropská rada pro inovace (EIC) v rámci prestižního programu Pathfinder.
Vědci z Česka, Finska, Německa a Nizozemska chtějí vyvinout technologii, která umožní propojit supravodivé kvantové počítače zpracovávající informace se speciální pevnolátkovou kvantovou pamětí, jež data uchovává. Takové hybridní propojení je klíčové pro vznik kvantového internetu – nové sítě umožňují díky principům kvantové mechaniky propojit kvantové počítače s dalšími aplikacemi. „Současné kvantové systémy často fungují izolovaně. My se snažíme o to, aby spolu mohly efektivně komunikovat. To je nezbytný krok k budoucímu kvantovému internetu i k propojení kvantových počítačů do výkonnějších celků,“ vysvětluje profesor David Hunger z KIT, koordinátor projektu Superspin.
Jak kvantové propojení funguje
Aby spolu mohly různé kvantové systémy komunikovat, musí si vyměňovat informace prostřednictvím kvantových bitů (qubitů). Ty se převádějí na fotony, tedy částice světla, které mohou putovat optickými kabely téměř bez ztrát. Pro přenos informací na větší vzdálenosti vědci využívají kvantové provázání – stav, ve kterém dva fotony umožní propojit supravodivé a pevnolátkové kvantové bity, i když se nacházejí daleko od sebe. Tento jev je základem pro vznik bezpečných kvantových sítí, ale i propojení kvantových aplikací včetně kvantových počítačů.
„Propojení supravodivého kvantového bitu a kvantové paměti na bázi spinů by znamenalo nejen technický průlom, ale i zásadní krok k modulárním a škálovatelným kvantovým technologiím.“ David Hunger.
Samotná technologie je však nesmírně náročná. Kvantové počítače využívají supravodivé obvody pracující v mikrovlnném pásmu, zatímco pevnolátkové kvantové paměti fungují na bázi spinů v diamantu a pracují se světlem viditelné vlnové délky. K jejich propojení proto vědci vyvíjejí speciální kvantové převodníky, které převádějí mikrovlnné signály na světelné fotony vhodné pro přenos optickými vlákny.
„Propojení supravodivého kvantového bitu a kvantové paměti na bázi spinů by znamenalo nejen technický průlom, ale i zásadní krok k modulárním a škálovatelným kvantovým technologiím,“ dodává David Hunger. Výsledky projektu podle něj mohou v budoucnu přispět k vytvoření evropského kvantového internetu, který by umožnil bezpečnou komunikaci, nové typy výpočtů i posílení digitální suverenity Evropy.
Diagnostika kvantové stability pod vedením týmu z Olomouce
Tým profesora Radima Filipa z katedry optiky přírodovědecké fakulty se v projektu zaměřuje na diagnostiku a optimalizaci kvantových vlastností potřebných pro funkční propojení těchto hybridních systémů.
„Propojení hybridních systémů je mimořádně citlivé i na malý šum a ztráty. Naším úkolem je vyvinout metody, které umožní dopady těchto malých nežádoucích vlivů přesně měřit, specifikovat a kompenzovat. Tím pomůžeme vytvořit stabilní, spolehlivé a škálovatelné propojení mezi kvantovým počítačem a kvantovou pamětí,“ vysvětluje Radim Filip.
Projekt Superspin je jedním z 44 vybraných projektů v rámci programu EIC Pathfinder, který podporuje vizionářské technologie s potenciálem změnit budoucnost. Evropská rada pro inovace mezi ně rozdělí více než 140 milionů eur.