Bit či nebit – qubit

Či už sa nám to páči, alebo nie, vedecké objavy menia svet. Objavy v kvantovej fyzike nie sú a nebudú výnimkou. UNESCO vyhlásilo tento rok za rok kvantovej vedy, ktorá sa sformulovala pred sto rokmi, a kvantových technológií, ktoré sa formujú dnes.

V roku 1620 vyslovil Francis Bacon správnu myšlienku, že teplo je pohyb – nie telies ako celku, ale jeho malých súčastí. V roku 1825 George Stephenson zostrojil parnú lokomotívu a svoju históriu začala písať železničná doprava. Ku koncu 19. storočia, na vrchole priemyselnej revolúcie, svet pokryli železničná sieť, parné stroje a smog.

Od myšlienky k technológii

Legenda hovorí, že Michael Faraday, ktorý v roku 1821 zostrojil prvý elektrický motor, na otázku o užitočnosti elektriny odpovedal britskému ministrovi financií, že túto vec jedného dňa zdaní. V roku 1888 Nikola Tesla patentoval prenos elektriny striedavým prúdom a v druhej polovici 20. storočia svet pokryla elektrická sieť a elektrické zariadenia.

Samuel Morse patentoval telegraf ešte v roku 1840. O kúskoch informácie (bitoch) sa všeobecne začalo hovoriť až po prácach Alana Turinga (teória strojového počítania) a Clauda Shannona (teória komunikácie), zhruba o sto rokov neskôr. Začiatkom 21. storočia zaplavili svet informačno-komunikačné technológie, svet pokryl internet a vyzerá to, že internet sa stal svetom.

V dobrom aj v zlom, para zefektívnila prenášanie hmoty, elektrina prenášanie energie a internet prenášanie informácie. Robiť predpovede, špeciálne o budúcnosti, je ťažké, ale história nás učí, že myšlienke, teórii či vynálezu trvá niekoľko generácií, kým vygeneruje kvalitatívnu celospoločenskú zmenu. Pred sto rokmi fyzika začala odhaľovať kvantový svet. Je prirodzené očakávať, že práve ona prinesie ďalší revolučný skok.

Druhá kvantová revolúcia

V skutočnosti mnoho súčasných zariadení a materiálov máme len vďaka tomu, že rozumieme kvantovému svetu. Za všetky spomeňme jadrové elektrárne, tranzistory a lasery. Zdroje energie aj prenos informácie už využívajú dôsledky kvantovej fyziky, a preto hovoríme, že kvantová fyzika už istú revolúciu v technológiách priniesla. Ani počítače, ani internet, ani medicínske vyšetrenia by bez výskumu kvantových javov neboli tým, čím sú.

Moderné technológie sú založené na kvantových javoch, ale priamo ich nevyužívajú. Je náhoda, ktoré jadro sa v elektrárni rozpadne. Dôležité však je, že sa nejaké rozpadne a uvoľní sa pritom energia. Mechanizmus fungovania tranzistora súvisí s kvantovým tunelovaním elektrónov a kvantovou neurčitosťou, ale v obvodoch je dôležité len to, že sa správne vytvorí elektrický prúd a napätie. Laserový lúč je plný fotónov, ale v aplikáciách ide hlavne o energiu, ktorú tento svetelný lúč prenáša ako celok.

Od druhej kvantovej revolúcie očakávame skutočné kvantové technológie – zariadenia, ktoré používajú kvantové vlastnosti individuálnych kvantových systémov. Výskum v tejto oblasti začal v poslednej dekáde minulého storočia. V súčasnosti sme vo fáze intenzívnych kvantových inovácií a začínajúcich investícií.

Predstava, že ideme využívať kvantové vlastnosti jednotlivých fotónov a elektrónov, znie super. Ale na čo vlastne? Začnime tým, že si kvantové vlastnosti vymenujeme – náhodnosť, neurčitosť, nerozlíšiteľnosť, nelokálnosť. Vcelku prirodzenou reakciou na tieto vlastnosti je, že optimizmus opadne a objavia sa pochybnosti. Technológie sa nám spájajú so spoľahlivosťou, no kvantový svet zjavne ponúka hlavne neistotu. Čo s tým?

Autor článku: Mário Ziman
Ilustrácie: Diana Cencer Garafová
Fyzikálny ústav SAV, v. v. i., v Bratislave, QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie
Zdroje obrázkov wikipédia, Adobe Stock, AI