Vědci z univerzit v Melbourne a v Manchesteru našli způsob, jak křemík, využívaný v současných počítačích, zbavit většiny nežádoucího křemíku-29. Otevírají tak cestu ke spolehlivým kvantovým počítačům. Křemík se stal oblíbeným prvkem pro výrobu elektroniky ze dvou důvodů. Jde o polovodič a zároveň o druhý nejhojnější, a tedy také snadno dostupný prvek zemské kůry. Po celá desetiletí fungovalo jeho využití v elektronice a ve výpočetní technice velmi dobře. Nyní však pokročilé elektronické systémy s vysokou hustotou elektronických prvků nebo s novými typy technologií začínají mít problém s čistotou používaného křemíku. Například kvantové bity, qubity, které jsou stavebními prvky kvantových počítačů, snadno přicházejí o koherenci [koherence v kvantové mechanice představuje jistý stupeň sladění vlnových funkcí dvou či více mikroskopických objektů, k dekoherenci pak zpravidla dochází interakcí s okolím, způsobovat ji může např. gravitační pole — pozn. red.], nezbytnou pro kvantové výpočty, i při nepatrném narušení. To mohou způsobit změny okolních podmínek, ale hlavní příčinou bývají právě nečistoty v použitém křemíku. Jak uvádí David Jamieson z australské University of Melbourne, problém je především v tom, že zatímco většinu používaného křemíku tvoří izotop křemík- 28, asi 4,5 % křemíku představuje křemík-29. V každém atomovém jádru křemíku-29 se ukrývá jeden neutron navíc, který funguje jako nepatrný magnet a ničí kvantovou koherenci, což vede k výpočetním chybám. Profesor Jamieson a profesor Richard Curry z University of Manchester proto sestavili a společně řídí australsko- britský tým, který si klade za cíl vytvořit superčistý křemík zbavený izotopu 29. Jimi vyvinutá inovace (publikovaná v časopise Nature) využívající qubity atomů fosforu implantované do krystalů čistého stabilního křemíku by mohla překonat kritickou překážku pro kvantové výpočty, tedy prodloužit dobu trvání notoricky křehké kvantové koherence. Zmínění profesoři a jejich kolegové z týmu totiž vyvinuli postup, jímž lze zajistit křemík s mnohem nižším obsahem křemíku-29. Využívá zařízení nazývané iontový implantátor (ion implanter), které vystřeluje svazek atomů křemíku-28. Ty pak přímo na čipu nahrazují atomy křemíku-29. Výsledkem procedury je, že obsah izotopu křemíku-29 poklesne z původních asi 4,5 % na mizivých 0,0002 %. Výhodou je, že iontový implantátor představuje standardní nástroj používaný při zpracování polovodičů. Pokud se nastaví do vhodné konfigurace, zajistí přeměnu klasického křemíku na superčistý křemík-28 otevírající nové možnosti pro výrobu elektroniky. Největší existující kvantové počítače totiž sice mají i více než 1 000 qubitů (kvantových bitů), ale chyby se u nich kvůli ztrátě koherence objevují během milisekund. Universita v Melbourne přitom s použitím extrémně čistého křemíku dosáhla světového rekordu v koherenci jednoho qubitu v trvání 30 s představující dostatek času na dokončení bezchybných komplexních kvantových výpočtů. [Pro lepší představu navíc dodejme, že spolehlivý kvantový počítač s pouhými 30 qubity by v některých aplikacích překonal výkon dnešních superpočítačů — pozn. red.]
/Stanislav Mihulka/
