Kvantové stroje mají vysokou spotřebu energie, i když ještě nejsou prakticky použitelné, a to zejména proto, že pro jejich ovládání je nutný soubor objemného zařízení. Vědci tvrdí, že nový objev může snížit tuto zátěž, což by mohlo být zásadní pro budoucí využití energie.
Kvantová výpočetní technika je často označována jako supervelmoc budoucnosti, která umožňuje rychlejší objevování, kvalitnější materiály a nové léky. Nicméně, nejtěžší částí je to, co je potřeba k jejímu fungování.
Dokonce i před dosažením velkých a praktických strojů současné konfigurace zahrnují objemnou optiku a komponenty s vysokou spotřebou energie, spolu s nezbytným chlazením a infrastrukturou.
Naštěstí tým z Univerzity Colorado v Boulderu oznámil, že učinil objev, který umožňuje zjednodušit značnou část této složitosti do zařízení o velikosti mikrochipu. Jde o optickou součástku navrženou k ovládání laserových frekvencí s extrémní přesností, která spotřebovává mnohem méně mikrovlnné energie než mnoho současných stolních systémů, na které se vědci spoléhají. Méně energie tedy znamená také méně tepla, což je jeden z důvodů, proč je škálování kvantových strojů tak náročné.
Nový optický modulátor
Práce vědců se soustředí na nový optický modulátor fáze, který je téměř 100krát tenčí než lidský vlas. Podle vědců může tento modulátor pomoci budoucím kvantovým počítačům fungovat s více optickými kanály na menším prostoru, a to s menším plýtváním energií potřebnou k udržení stability.
Význam energie a tepla
Některé z hlavních projektů kvantových počítačů využívají ionty nebo neutrální atomy jako qubity. Tyto systémy spoléhají na laserové paprsky, které musí být naladěny s neuvěřitelnou přesností, aby správně komunikovaly s atomy. V současnosti změna laserových frekvencí však obvykle vyžaduje velké elektro-optické modulátory na optických stolech, které potřebují značnou mikrovlnnou energii.
„Vytváření nových kopií laseru s velmi přesnými rozdíly v frekvenci je jedním z nejdůležitějších nástrojů pro práci s kvantovými počítači založenými na atomech aIONEch,“ uvedl Jake Freedman, vedoucí výzkumu. „Ale aby bylo možné to provádět ve velkém měřítku, potřebujeme technologii, která může efektivně generovat tyto nové frekvence.“
Tým tvrdí, že jejich zařízení může generovat tyto změny frekvence s přibližně 80krát menší spotřebou mikrovlnné energie než většina komerčních modulátorů. To, podle týmu, pomůže snížit spotřebu energie, zahřívání a potřebu rozsáhlých hardwarových konfigurací, které nejsou ideální.
Ekologické výhody výroby čipů
Výroba a použití těchto čipů má také potenciál k ekologickému aspektu, jak tvrdí výzkumníci. Namísto toho, aby byly vyrobeny v přizpůsobených laboratořích, vědci vysvětlili, že zařízení se vyrábí pomocí CMOS, stejně jako masová výrobní metoda, která je základem dnešních procesorů. Vysvětlili, jak to v teorii znamená, že je možné vyrábět velké množství identických komponentů bez manuální montáže a bez dlouhých optických tras v laboratoři.
„Nebudeme budovat kvantový počítač s 100 000 elektro-optickými modulátory v masovém měřítku v skladu plném optických stolů,“ dodal profesor Matt Eichenfield.
Spolu s kolegy z Národních laboratoří Sandia nyní tým zřejmě pracuje na více integrovaných fotonických obvodech, které kombinují několik funkcí na jednom čipu. Pokud se to podaří, bude to krok směrem k kvantovým strojům, které nebudou omezeny pouze na škálování qubitů, ale také na škálování tak, aby nedocházelo k přetížení energie a chlazení kolem nich.
Odkaz na studii
Jacob M. Freedman et al., Gigahertz-frequency acousto-optic phase modulation of visible light in a CMOS-fabricated photonic circuit, published in Nature Communications, December 2025.
