- Topologický kvantový procesor Majorana 1, predstavený začiatkom roku 2025, je 8-qubitový čip, ktorý využíva topologický supravodič na vytváranie stabilnejších qubitov.
- 70-qubitový kvantový čip Willow od Googlu dosiahol kvantovú výhodu tým, že dokončil úlohu za menej ako päť minút, zatiaľ čo najvýkonnejšiemu klasickému superpočítaču by to trvalo približne 10 septiliónov (10^25) rokov.
- 70-qubitový čip Willow od Googlu ukázal, že pridanie ďalších qubitov môže exponenciálne znížiť chyby, čím efektívne vyriešil 30-ročnú výzvu v kvantovej korekcii chýb.
- Microsoft a UC Santa Barbara vytvorili prvé topologické qubity v 8-qubitovom prototype Majorana 1, pričom na kódovanie informácií s vnútornou ochranou pred šumom použili topologický supravodič.
- IBM v súčasnosti prevádzkuje niektoré z najväčších supravodivých kvantových procesorov na svete, ktoré presahujú 400 qubitov na jednom čipe, pričom čoskoro príde čip s 1 121 qubitmi, a skúma modulárne kvantovo-centristické superpočítače, ktoré by mohli v nasledujúcom desaťročí dosiahnuť 100 000 qubitov.
- Inžinieri z Northwestern University teleportovali kvantové informácie cez 30 km existujúceho optického vlákna, ktoré prenáša bežnú internetovú prevádzku.
- V apríli 2025 spoločnosti Deutsche Telekom’s T-Labs a Qunnect demonštrovali udržateľnú distribúciu prepletených fotónov cez 30 km komerčného optického vlákna s 99% vernosťou počas 17 dní.
- Čína má 2 000 km dlhé kvantové spojenie Peking–Šanghaj využívajúce QKD satelity a optické vlákna, zatiaľ čo európske spolupráce budujú kvantovú chrbticu a americká Chicago Quantum Exchange prevádzkuje 124-míľovú metropolitnú sieť.
- Oak Ridge National Laboratory demonštrovalo paralelné kvantové snímanie so štvoricou senzorov využívajúcich stlačené svetlo, pričom dosiahli približne 23% zlepšenie citlivosti súčasne vo všetkých senzoroch.
- Argonne National Laboratory dosiahlo koherenčný čas 0,1 milisekundy pre nový typ qubitu, čo je takmer 1000-krát dlhšie ako predchádzajúci rekord.
Kvantové inžinierstvo vstupuje do zlatej éry objavov. Len za posledný rok výskumníci na celom svete posunuli hranice ultra-malého sveta a dosiahli úspechy, ktoré sa kedysi považovali za vzdialené desaťročia. Od kvantových počítačov, ktoré prekonávajú klasické superpočítače, cez kvantové siete prenášajúce dáta prostredníctvom prepletenia, po kvantové senzory detekujúce tie najmenšie signály a kvantové materiály odhaľujúce exotické nové stavy hmoty – nedávne pokroky pokrývajú všetky oblasti tohto špičkového odboru. Nižšie skúmame hlavné pododvetvia kvantového inžinierstva, vyzdvihujeme kľúčové prelomové objavy z posledného roka a zrozumiteľne vysvetľujeme čo tieto objavy znamenajú pre našu budúcnosť.
Kvantové počítanie: Bližšie k užitočným kvantovým strojom
Topologický kvantový procesor Majorana 1, predstavený začiatkom roku 2025, je 8-qubitový čip, ktorý využíva nový materiál „topologický supravodič“ pre stabilnejšie qubity. Tento prelomový prístup, vedený fyzikmi z Microsoftu a UC Santa Barbara, sľubuje intrinsicky odolné qubity voči chybám universityofcalifornia.edu.
Kvantové počítanie využíva zvláštne vlastnosti kvantových bitov (qubitov) – ktoré môžu existovať ako 0 aj 1 súčasne – na vykonávanie výpočtov ďaleko presahujúcich možnosti bežných počítačov. V rokoch 2024 a 2025 kvantové počítanie urobilo niekoľko veľkých krokov k praktickému využitiu:
- Prekonávanie klasických superpočítačov: Najnovší kvantový čip od Googlu „Willow“ zvládol výpočtovú úlohu za menej ako päť minút, pričom najvýkonnejšiemu superpočítaču by to trvalo odhadom 10 sextiliónov (10^25) rokov blog.google. Táto dramatická ukážka „kvantovej výhody“ ukazuje, ako sú niektoré problémy (ako simulácia zložitých molekúl alebo riešenie optimalizačných úloh) úplne mimo dosahu klasických strojov, no s kvantovými procesormi ich možno vyriešiť.
- Prielom v korekcii chýb: Možno ešte dôležitejšie je, že Google čip Willow so 70 kubitmi ukázal, že pridávanie ďalších kubitov môže exponenciálne znižovať chyby – v podstate vyriešil 30-ročnú výzvu v oblasti kvantovej korekcie chýb blog.google. „Týmto sme prelomili kľúčovú výzvu v kvantovej korekcii chýb, ktorú sa odbor snaží vyriešiť takmer 30 rokov,“ napísal riaditeľ Google Quantum AI Hartmut Neven blog.google. Prevádzkovaním pod prahom korekcie chýb Willow poskytol najjasnejší dôkaz doteraz, že škálovateľné, odolné kvantové počítače sú dosiahnuteľné blog.google. Odborníci to označili za „najpresvedčivejší prototyp škálovateľného logického kubitu, aký bol doteraz postavený… silný signál, že je možné postaviť užitočné, veľmi veľké kvantové počítače“ blog.google.
- Prichádzajú topologické qubity: V ďalšom ohromujúcom pokroku vytvoril tím Microsoft/UCSB prvé topologické qubity na svete – exotické qubity uložené v novej fáze hmoty zvanej topologický supravodič universityofcalifornia.edu. Tieto qubity (realizované v 8-qubitovom prototypovom čipe s názvom Majorana 1) využívajú Majoranove nulové módy – zvláštne kvazipartikuly, ktoré sú svojimi vlastnými antičasticami – na kódovanie informácií s vstavanou ochranou pred šumom universityofcalifornia.edu. „Vytvorili sme nový stav hmoty, nazývaný topologický supravodič,“ vysvetlil Dr. Chetan Nayak, riaditeľ Microsoft Station Q, a dodal, že ich výsledky ukazujú, „že to dokážeme, dokážeme to rýchlo a presne“ universityofcalifornia.edu. Topologické qubity sú od prírody stabilnejšie, čo potenciálne umožní kvantové počítače, ktoré budú vyžadovať oveľa menej qubitov na opravu chýb. Microsoft dokonca oznámil plán, ako škálovať túto technológiu na milión qubitov na jednom čipe v nasledujúcich rokoch azure.microsoft.com – odvážny cieľ, ktorý by v prípade realizácie znamenal revolúciu.
- Škálovanie a rastúci priemyselný impulz: Popredné spoločnosti naďalej súťažia o vyšší počet qubitov a lepší výkon. IBM v súčasnosti prevádzkuje niektoré z najväčších supravodivých kvantových procesorov na svete (nedávno prekročili 400+ qubitov na jednom čipe, pričom čip s 1 121 qubitmi je na ceste) a skúmajú modulárne „kvantovo-centristické superpočítače“, ktoré by mohli dosiahnuť 100 000 qubitov v priebehu nasledujúcej dekády pme.uchicago.edu. Dôležité je, že priemysel a akademická obec spolupracujú na tom, aby sa kvantové počítanie stalo užitočným: napríklad výskumníci začali integrovať kvantové algoritmy s AI a vysokovýkonným počítaním na riešenie problémov v chémii a materiáloch thequantuminsider.com. Už teraz firmy v oblasti farmácie, energetiky, financií a letectva experimentujú s kvantovými počítačmi pri riešení reálnych úloh time.com. Ako napísali dvaja generálni riaditelia v Time magazíne, „kvantová éra sa už začala“, pričom kvantový hardvér a softvér napredujú „závratnou rýchlosťou“ za posledných 18 mesiacov time.com.
Čo bude ďalej? Vďaka týmto prelomom sa kvantové počítanie postupne zbavuje povesti vzdialeného sna a približuje sa k nástroju na riešenie reálnych problémov. Opravené qubity a stabilné topologické qubity by mohli prísť v priebehu niekoľkých rokov, čo umožní stroje, ktoré spoľahlivo prekonajú klasické superpočítače v užitočných úlohách. Dôsledky sú obrovské: mohli by sme navrhovať nové lieky a materiály simulovaním chémie na kvantovej úrovni, optimalizovať zložité logistické a AI modely a dokonca riešiť problémy, ktoré sú dnes neriešiteľné. Hoci výzvy zostávajú (škálovanie na tisíce alebo milióny qubitov, zlepšovanie kvality qubitov a znižovanie nákladov), nedávny pokrok naznačuje, že užitočné kvantové počítače môžu prísť oveľa skôr, než mnohí očakávali. Ako poznamenala jedna správa, namiesto jedného „momentu žiarovky“ prichádza kvantová revolúcia prostredníctvom „výkonnostných prelomov, vyriešených problémov a trvalého vytvárania hodnoty“ – často v zákulisí, ale už v plnom prúde time.com.
Kvantová komunikácia: Budovanie kvantového internetu
Kvantová komunikácia využíva kvantové stavy (ako sú prepletené fotóny) na umožnenie ultra-bezpečného, okamžitého prenosu informácií. Na rozdiel od bežných signálov môže byť kvantová informácia prenášaná spôsobmi, ktoré odpočúvateľ nemôže zachytiť bez odhalenia, čím sa kladú základy pre nehacknuteľný kvantový internet. Za posledný rok došlo k pozoruhodným pokrokom, ktoré túto víziu približujú realite:
- Teleportácia na existujúcom optickom vlákne: V celosvetovo prvom experimente inžinieri z Northwestern University teleportovali kvantovú informáciu cez 30 km optického vlákna, ktoré zároveň prenášalo bežnú internetovú prevádzku news.northwestern.edu. Dosiahli kvantovú teleportáciu (prenos stavu qubitu z jedného miesta na druhé pomocou prepletenia) cez štandardné optické vlákno starostlivým vyhýbaním sa rušeniu zo strany klasických dátových tokov. „Je to neuveriteľne vzrušujúce, pretože nikto si nemyslel, že je to možné,“ povedal profesor Prem Kumar, ktorý viedol štúdiu news.northwestern.edu. „Naša práca ukazuje cestu k budúcim kvantovým a klasickým sieťam, ktoré budú zdieľať jednotnú infraštruktúru… v podstate to otvára dvere k posunu kvantovej komunikácie na ďalšiu úroveň.“ news.northwestern.edu Tím dokázal, že kvantové signály môžu koexistovať s bežnou internetovou prevádzkou v tom istom optickom vlákne tým, že našli správne „okno“ vlnovej dĺžky a odfiltrovali šum news.northwestern.edu. To znamená, že možno nebudeme potrebovať špeciálne kvantové káble; budúci kvantový internet by mohol bežať na dnešných optických sieťach, čím by sa výrazne znížili prekážky nasadenia news.northwestern.edu.
- Prepojenie na diaľku, neporušené: V apríli 2025 výskumníci z Deutsche Telekom’s T-Labs a Qunnect demonštrovali udržateľnú distribúciu prepletených fotónov cez 30 km komerčného optického vlákna s 99% vernosťou, nepretržite počas 17 dní telekom.com. Táto stabilita a dostupnosť sú bezprecedentné. Ukazuje to, že prepletené spojenia – chrbtica kvantových sietí – môžu byť spoľahlivo udržiavané v reálnych podmienkach. Konzistentne vysoká vernosť prepletenia na veľké vzdialenosti je kľúčovým krokom k veľkokapacitným kvantovým opakovačom a sieťam. Skutočnosť, že to bolo dosiahnuté na štandardnom nasadenom vlákne v metropolitnom Berlíne, podčiarkuje, že kvantová sieťová technológia opúšťa laboratórium a smeruje do praktických prostredí telekom.com.
- Škálovanie kvantových sietí: Po celom svete sa kvantové komunikačné testovacie siete rýchlo rozširujú. Národné projekty spájajú mestá kvantovo šifrovanými optickými linkami a satelitmi. Napríklad Čína má v prevádzke 2 000 km dlhé kvantové spojenie medzi Pekingom a Šanghajom využívajúce kvantovú distribúciu kľúčov (QKD) cez satelity a vlákna a európske spolupráce spájajú viacero krajín v začínajúcej „kvantovej chrbtici“. V USA vytvorili národné laboratóriá a univerzity metropolitné testovacie siete kvantových sietí (ako 124-míľová sieť Chicago Quantum Exchange) na experimenty s výmenou prepletenia a kvantovými opakovačmi. Všetky tieto snahy smerujú k hlavnému cieľu: celosvetová kvantová internetová sieť, ktorá umožní úplne bezpečnú komunikáciu a distribuované kvantové výpočty. Nedávne prelomové objavy v oblasti kvantovej pamäte a opakovačových uzlov (zariadenia, ktoré uchovávajú a rozširujú prepletenie) zlepšujú vzdialenosť a spoľahlivosť kvantových spojení news.northwestern.edu, zatiaľ čo malé kvantové satelity už preukázali schopnosť vysielať prepletené fotóny medzi kontinentmi.
Čo bude ďalej? V blízkej budúcnosti možno očakávať, že kvantovo zabezpečená komunikácia začne chrániť citlivé údaje. Banky, vlády a poskytovatelia zdravotnej starostlivosti už testujú QKD na neprelomiteľné šifrovanie kritických spojení. Ako budú kvantové siete rásť, uvidíme nástup kvantových cloudov – bezpečných sietí, kde bude možné vzdialene pristupovať ku kvantovým počítačom s prepletením zaručujúcim súkromie. Nakoniec by plnohodnotný kvantový internet mohol prepojiť kvantové zariadenia po celom svete, umožniť výkony ako slepé kvantové výpočty (vykonávanie výpočtov na vzdialenom kvantovom serveri s garantovaným súkromím) a synchronizovať atómové hodiny po celom svete s bezprecedentnou presnosťou. Zhrnutie: kvantová komunikácia sľubuje internet odolný voči odpočúvaniu, ktorý ochráni našu budúcu digitálnu infraštruktúru aj pred kvantovými počítačmi, ktoré by mohli prelomiť dnešné šifrovanie.
Kvantové senzory: bezprecedentná presnosť a nové hranice
Kvantové snímanie využíva kvantové javy na meranie fyzikálnych veličín s extrémnou citlivosťou a presnosťou, ďaleko presahujúcou možnosti bežných senzorov. Využívaním efektov ako superpozícia a prepletenie môžu kvantové senzory detegovať aj najmenšie zmeny polí, síl a času. Nedávne pokroky prinášajú schopnosti senzorov, ktoré znejú takmer ako zo sci-fi:
- Zobrazovanie atómov a polí v atómovom meradle: V polovici roku 2024 medzinárodný tím vedený Forschungszentrum Jülich v Nemecku predstavil prvý kvantový senzor na svete pre „atómový svet“ – senzor schopný detegovať elektrické a magnetické polia s priestorovým rozlíšením desatiny angströmu (10^−10 m), čo je približne veľkosť jedného atómu fz-juelich.de. Dosiahli to pripojením jednej molekuly na hrot skenovacieho mikroskopu a využitím kvantového spinu molekuly na snímanie polí vo veľmi malej vzdialenosti fz-juelich.de. „Tento kvantový senzor je prelomový, pretože poskytuje snímky materiálov bohaté ako MRI a zároveň stanovuje nový štandard priestorového rozlíšenia,“ povedal Dr. Taner Esat, hlavný autor fz-juelich.de. Inými slovami, dokážu vizualizovať elektromagnetické krajiny v materiáloch atóm po atóme – schopnosť, ktorá zrevolucionalizuje naše chápanie materiálov, katalýzy a nanoelektroniky. Tento nástroj dokáže skúmať defekty v kvantových čipoch, mapovať atómy v polovodiči alebo dokonca skúmať biomolekuly, a to všetko s bezkonkurenčnými detailmi.
- Paralelné kvantové snímanie a lepšie merania: Koncom roku 2024 vedci z Oak Ridge National Lab (ORNL) oznámili nový kvantovo vylepšený snímací systém, ktorý využíva stlačené svetlo na zlepšenie citlivosti viacerých senzorov naraz ornl.gov. Posielaním špeciálne korelovaných fotónov (dvojité lúče svetla s kvantovo prepojenými vlastnosťami šumu) do štvor-senzorového poľa dosiahli simultánne zlepšenie citlivosti o ~23 % na všetkých senzoroch v porovnaní s klasickými limitmi ornl.gov. Toto je jeden z prvých dôkazov paralelného kvantového snímania, kde viaceré miesta sú skúmané s kvantovou výhodou súčasne. „Typicky používate [kvantové] korelácie na zlepšenie merania… My sme skombinovali časové aj priestorové korelácie, aby sme mohli skúmať niekoľko senzorov naraz a dosiahli simultánne kvantové zlepšenie pre všetky,“ vysvetlil Alberto Marino z ORNL ornl.gov. Tento prístup môže byť kľúčový pre aplikácie ako detekcia temnej hmoty, kde veľké polia senzorov musia byť posunuté za hranice klasickej citlivosti ornl.gov. Môže tiež umožniť rýchlejšie kvantové zobrazovanie a medicínsku diagnostiku zachytením viacerých dátových bodov naraz.
- Kvantové senzory v každodennom živote: Kvantové snímacie technológie tiež dozrievajú pre reálne použitie. Napríklad kvantové magnetometre založené na diamante s dusíkovými vakanciami (NV centrá) už dokážu detegovať slabé magnetické signály neurónovej aktivity v mozgu alebo prítomnosť vzácnych minerálov pod zemou, čo boli úlohy predtým nemožné bez obrovských strojov. Senzory s ultrachladnými atómovými interferometrami sa testujú v teréne pre navigačné systémy, ktoré sa nespoliehajú na GPS, merajúce drobné zmeny v zotrvačnosti a gravitácii na sledovanie pohybu s extrémnou presnosťou. A pokroky v atómových hodinách naďalej lámu rekordy: dnešné najlepšie optické mriežkové hodiny sú také presné, že dokážu merať Einsteinovo gravitačné spomalenie času pri výškovom rozdiele len jeden milimeter, detegujúc, ako čas mierne plynie pomalšie bližšie k gravitačnej studni Zeme physicsworld.com. Táto ohromujúca presnosť v podstate premieňa hodiny na gravitačné senzory a môže viesť k novým geodetickým technikám (mapovanie hustotných variácií Zeme pomocou spomalenia času).
Kvantové materiály: Objavovanie stavebných blokov kvantového veku
Základom všetkých vyššie uvedených pokrokov sú kvantové materiály – látky s pozoruhodnými kvantovo-mechanickými vlastnosťami, ktoré umožňujú nové technológie. Kvantové materiály zahŕňajú supravodiče (ktoré vedú elektrinu bez odporu), topologické izolanty (ktoré vedú po svojich okrajoch, ale nie vo vnútri), kvantové magnety a ďalšie exotické fázy hmoty. Za posledný rok vedci dosiahli vzrušujúce objavy vo vede o kvantových materiáloch, ktoré nás približujú k prelomom ako praktické supravodiče a odolné qubity:
- Topologické supravodiče – nový stav hmoty: Jedným z hlavných úspechov bolo vytvorenie topologického supravodiča v kvantovom procesore Microsoft/UCSB, o ktorom bola reč vyššie. Inžinieri vytvorili hybridný materiál z polovodiča (arsenid india) a supravodiča (hliník) a ochladili ho takmer na absolútnu nulu pod špecifickými magnetickými poľami, čím vyvolali novú fázu hmoty, ktorá hostí Majorana zero modes na svojich koncoch azure.microsoft.com. Tieto Majoranove módy sú základom topologických qubitov, pretože uchovávajú kvantovú informáciu nelokálne (informácia je „rozprestretá“ v materiáli a teda chránená). „Takmer celé storočie tieto kvazipartikuly existovali len v učebniciach. Teraz ich vieme vytvoriť a ovládať na požiadanie,“ poznamenal tím Microsoftu azure.microsoft.com. Úspešná realizácia topologickej supravodivej fázy je nielen prelomom v oblasti výpočtovej techniky, ale aj majstrovským kúskom materiálovej vedy – potvrdzuje dlho teoretizovaný stav hmoty v laboratóriu. Topologické supravodiče sú vzrušujúce, pretože by mohli umožniť elektronické zariadenia s nulovou stratou energie a inherentne robustné kvantové bity. Tohtoročný výsledok je dôkazom, že takéto materiály možno vytvoriť a manipulovať s nimi, čím sa otvára cesta pre kvantovú elektroniku novej generácie.
- Nové kvantové fázy a „nekonvenčné“ supravodiče: Vedci tiež objavujú prirodzene sa vyskytujúce kvantové materiály s nezvyčajnými vlastnosťami. V jednom príklade tím na Cornell University našiel dôkazy o „vlnovej hustote párov“ v zlúčenine nazývanej ditelurid uránu (UTe₂) – v podstate ide o kryštalický vzor elektrónových párov v supravodiči physics.cornell.edu. Tento nový stav je formou topologickej kvantovej hmoty, kde sa Cooperove páry (elektrónové páry zodpovedné za supravodivosť) usporadúvajú do stojatej vlny namiesto bežného rovnomerného kondenzátu physics.cornell.edu. „To, čo sme detegovali, je nový stav kvantovej hmoty – topologická vlnová hustota párov zložená zo spin-tripletových Cooperových párov,“ povedal Dr. Qiangqiang Gu a poznamenal, že je to prvýkrát, čo bol takýto stav pozorovaný physics.cornell.edu. Spin-tripletové (nepárne paritné) supravodiče ako UTe₂ sú svätým grálom, pretože by mohli prirodzene podporovať Majoranove módy pre kvantové počítanie physics.cornell.edu. Tento prelom naznačuje, že príroda môže hostiť kvantové fázy, ktoré sme ešte nikdy nevideli, s vlastnosťami vhodnými na využitie v budúcich technológiách. Medzitým materiáloví vedci dosahujú pokroky v syntéze nových 2D materiálov (napríklad novoobjavený ťažkofermiónový 2D materiál CeSiI, ktorý vykazuje zvláštne správanie elektrónov azonano.compurdue.edu) a v kombinovaní materiálov šikovnými spôsobmi – napríklad vrstvením grafénových listov pod „magickým uhlom“ na vyvolanie supravodivosti alebo spájaním magnetov a supravodičov na generovanie nových efektov. Každý novoobjavený alebo vytvorený kvantový materiál rozširuje paletu nástrojov, ktoré budú mať inžinieri k dispozícii na stavbu kvantových zariadení.
- Materiály pre Qubity a Zariadenia: Veľká časť kvantového inžinierstva závisí od hľadania materiálov, ktoré môžu hostiť qubity s nízkou chybovosťou. Počas uplynulého roka došlo k pokroku na viacerých frontoch. Vedci ukázali, že defekty v polovodičoch so širokým zakázaným pásmom (ako sú vakancie v diamante alebo dopanty v kremíku karbide) môžu slúžiť ako stabilné qubity, ktoré fungujú aj pri izbovej teplote, čo by mohlo byť skvelé pre kvantové senzory a jednoduché kvantové procesory. Ďalší výskum preukázal tvorbu qubitov z prvku vzácnych zemín erbium zabudovaného v rôznych kryštalických hostiteľoch, čo zdôrazňuje, ako výber materiálu ovplyvňuje kvantové vlastnosti pme.uchicago.edu. Skúmaním nových hostiteľských materiálov pre známe qubitové systémy (erbiumové spiny, kremíkové kvantové body atď.) vedci optimalizujú časy koherencie a konektivitu. Jeden z hlavných míľnikov prišiel z materiálovo zameraného prístupu Argonne National Lab: vytvorili nový qubit a dosiahli koherenčný čas 0,1 milisekundy – takmer 1000-krát dlhší ako predchádzajúci rekord pre tento typ pme.uchicago.edu. To bolo dosiahnuté inováciami v materiáloch, ktoré znížili šum a izoláciu pre qubit. Dlhšia koherencia znamená, že na qubite možno vykonať viac operácií pred stratou informácie, takže tieto vylepšenia sa priamo premietajú do výkonnejších a spoľahlivejších kvantových počítačov. Jednoducho povedané, lepšie materiály = lepšie qubity.
Čo ďalej? Hľadanie revolučných materiálov bude naďalej poháňať kvantové inžinierstvo vpred. Hlavným cieľom je supravodič pri izbovej teplote – materiál, ktorý supravodí bez extrémneho chladenia. Takýto objav by bol prelomový (umožnil by bezstratové elektrické siete, lacné MRI prístroje, maglev dopravu a kvantové zariadenia fungujúce pri bežných podmienkach). V roku 2023 svet zažil ukážku ošiaľu, aký by takýto prelom mohol spôsobiť, keď bol materiál prezývaný „LK-99“ označený za supravodič pri izbovej teplote – vyvolalo to virálne nadšenie, no rýchlo bolo vyvrátené prísnym testovaním lens.monash.edu, čo nám pripomenulo, že mimoriadne tvrdenia si vyžadujú mimoriadne dôkazy. Skutočný supravodič pri izbovej teplote zatiaľ zostáva nepolapiteľný, no dosahuje sa postupný pokrok: kritické teploty známych supravodičov sa pomaly zvyšujú a nové zlúčeniny (niekedy pod vysokým tlakom) prejavili supravodivosť bližšie k bežným podmienkam. Okrem supravodičov vedci aktívne hľadajú materiály, ktoré môžu hostiť odolnejšie qubity (napr. materiály s nízkym jadrovým spinom pre dlhšiu koherenciu alebo topologické materiály pre qubity odolné voči chybám), ako aj materiály schopné emitovať jednotlivé fotóny alebo prepletené fotóny na požiadanie pre komunikáciu. Výskum kvantových materiálov je kľúčovým pilierom celého odboru – každý nový objav môže viesť k lepším kvantovým zariadeniam a aplikáciám. V nasledujúcich rokoch môžeme očakávať objavenie prekvapivých nových fáz hmoty a viac „dizajnérskych“ materiálov (ako je Microsoftov „topokonduktor“ azure.microsoft.com alebo iné inžinierske štruktúry), ktoré odomknú schopnosti, o akých sme ešte ani nesnívali.
Záver: Kvantovo-inžinierska budúcnosť
Od mimoriadne výkonných počítačov cez nehacknuteľnú komunikáciu, ultrapresné senzory až po nové stavy hmoty – prelomové objavy v kvantovom inžinierstve nie sú len intelektuálne vzrušujúce, ale ohlasujú transformačné zmeny pre spoločnosť v nie tak vzdialenej budúcnosti. Kľúčové je, že tieto pododvetvia nepostupujú izolovane: pokrok v jednom často katalyzuje pokrok v ďalších. Napríklad lepšie kvantové materiály umožňujú stabilnejšie qubity; vylepšené kvantové počítače pomáhajú navrhovať nové materiály; kvantové siete prepoja kvantové počítače a znásobia ich silu; a kvantové senzory pomôžu charakterizovať materiály a zariadenia na atómovej úrovni. Sme svedkami počiatočných štádií pozitívneho cyklu inovácií.
Pre širokú verejnosť sa dôsledky týchto ezoterických pokrokov stanú hmatateľnými rôznymi spôsobmi:
- Zdravotníctvo a chémia: Kvantové počítače by mohli modelovať lieky a proteíny s presnosťou na úrovni atómov, čo by viedlo k liečbam a materiálom navrhnutým na počítačoch namiesto pokusov a omylov. Kvantové senzory by mohli umožniť včasnú detekciu chorôb prostredníctvom drobných biomarkerov alebo pokročilého zobrazovania mozgu.
- Kybernetická bezpečnosť a súkromie: Kvantová komunikácia pravdepodobne zabezpečí naše finančné transakcie a dôverné údaje prostredníctvom kvantového šifrovania, ktoré hackeri (aj s kvantovými počítačmi) nedokážu prelomiť. Môžeme viesť citlivé obchodné alebo diplomatické komunikácie s absolútnou dôvernosťou zaručenou fyzikálnymi zákonmi.
- Výpočtová technika a AI: Keď kvantové procesory začnú riešiť optimalizačné a strojovo-učebné úlohy, uvidíme zlepšenia vo všetkom od logistiky dodávateľských reťazcov cez modelovanie klímy až po schopnosti AI. Niektoré úlohy, s ktorými má dnešná AI problémy, by mohli podľahnúť hybridným kvantovo-klasickým algoritmom bežiacim na budúcich kvantovo-akcelerovaných cloudových platformách.
- Snímanie a navigácia: Naše telefóny a vozidlá môžu jedného dňa obsahovať kvantové gyroskopy a akcelerometre, ktoré umožnia ultra-presnú navigáciu aj v prípade nedostupnosti GPS. Kvantové gravitačné senzory by mohli skenovať podzemie na vyhľadávanie minerálov alebo monitorovať sopky a zlomy detekovaním zmien hustoty. Možno budeme mať aj nositeľné zariadenia, ktoré budú pomocou kvantových senzorov neinvazívne sledovať naše zdravie.
- Energetika a priemysel: Kvantové materiály ako vysokoteplotné supravodiče by mohli zrevolucionalizovať elektrickú sieť a dopravu pomocou bezstratových elektrických vedení, efektívnej magnetickej levitácie a lepších batérií (kvantové počítače sa už používajú na hľadanie vylepšenej chémie batérií time.com). Priemyselné procesy by mohli profitovať z kvantovo-optimalizovaných návrhov a katalyzátorov.
Stručne povedané, kvantové inžinierstvo je na prahu stať sa základom technológií 21. storočia, podobne ako sa klasická elektronika stala základom v 20. storočí. Ako tieto prelomové objavy pokračujú rýchlym tempom, približujú nás k budúcnosti, kde kvantové zariadenia riešia dôležité problémy, chránia naše údaje a odhaľujú hlbšie pravdy o vesmíre. Je to vzrušujúce obdobie na hranici vedy – kvantová budúcnosť už nie je špekuláciou, ale je práve teraz inžiniersky budovaná, jeden prelom za druhým.
Zdroje:
- Google Quantum AI – Hartmut Neven, „Zoznámte sa s Willow, naším najmodernejším kvantovým čipom,“ Google Blog (dec. 2024) blog.google.
- University of California, Santa Barbara – Sonia Fernandez, „‘Vytvorili sme nový stav hmoty’: Nový topologický kvantový procesor znamená prelom vo výpočtovej technike,“ (20. februára 2025) universityofcalifornia.edu.
- Severozápadná univerzita – Amanda Morris, „Prvá demonštrácia kvantovej teleportácie cez vyťažené internetové káble,“ (20. decembra 2024) news.northwestern.edu.
- Deutsche Telekom T-Labs – Verena Fulde, „Prielom pre kvantový internet – z laboratória do reálneho sveta,“ (15. apríla 2025) telekom.com.
- Forschungszentrum Jülich – Tlačová správa, „Kvantový senzor pre atómový svet,“ (1. augusta 2024) fz-juelich.de.
- Oak Ridge National Lab – Mark Alewine, „Vedci odhaľujú kvantovú výhodu, ktorá by mohla posunúť budúce snímacie zariadenia,“ ORNL News (16. októbra 2024) ornl.gov.
- Cornell University – „Prielom identifikuje nový stav topologickej kvantovej hmoty,“ Cornell Chronicle (10. júla 2023) physics.cornell.edu.
- University of Chicago PME – „Svetový deň kvantovej fyziky 2024: Najnovší vývoj v kvantovej vede a technológiách,“ (12. apríla 2024) pme.uchicago.edu.
- Time Magazine – Vimal Kapur & Rajeeb Hazra, „Kvantová éra sa už začala,“ (september 2024) time.com.
- Nature/ACS Publications – Dôkazy vyvracajúce tvrdenie o supravodivosti LK-99 pri izbovej teplote (2023) lens.monash.edu.
