Компания Microsoft представила новый квантовый чип Majorana 1. Это решение сократило с десятилетий до нескольких лет срок появления квантовых компьютеров, способных решать крупномасштабные реальные научные и промышленные задачи за мгновения.
Majorana 1 — первый в мире квантовый чип с архитектурой топологического ядра. В его основе лежит топопроводник — новый материал, который позволяет наблюдать и управлять майорановскими частицами, или фермионами Майораны.
Такие фермионы являются своими собственными античастицами. Но самое интересное, что их не существует в природе. Создать фермионы Майораны можно с помощью магнитных полей и сверхпроводников. При этом полученные частицы надежно защищают квантовую информацию от случайных помех и позволяют точно измерить ее с помощью микроволн. Подход к измерению, который разработала Microsoft, настолько точен, что позволяет обнаружить разницу между одним миллиардом и одним миллиардом одним электроном в сверхпроводящем проводе.
Все это очень важно, когда речь идет об основе квантового компьютера — кубитах. В отличие от обычных битов эти элементы могут находиться в трех состояниях: 1,0 и суперпозиции. При этом кубиты очень капризны к помехам и ошибкам, возникающим из-за окружающей среды. Они нестабильны, часто разрушаются и теряют информацию. Опасны для них и неаккуратные измерения.
В связи с этим возникает задача разработать кубит, который можно было бы измерять и контролировать, обеспечивая при этом защиту от помех окружающей среды.
Использование майроновских частиц позволяет создавать более стабильные и масштабируемые кубиты. Однако для этого требуется принципиально новый топопроводник на основе алюминия и арсенида индия — материала, который в настоящее время используется в таких устройствах, как инфракрасные датчики, и обладает особыми свойствами. Полупроводник сочетается со сверхпроводимостью благодаря экстремально низким температурам, образуя гибрид. Microsoft буквально создавала его атом за атомом.
Затем были созданы нанопровода в форме буквы Н, соединяющие четыре управляемых майроновских кубита. Каждая такая Н образует один кубит и может быть соединена с подобными наноструктурами в виде множества плиток. Такая архитектура позволяет разместить в чипе Majorana 1 миллион кубитов. При этом сам чип легко помещается на человеческой ладони.
Почему именно миллион кубитов? По мнению экспертов, это порог, преодоление которого позволит создать реальные квантовые компьютеры для решения сложнейших современных задач. Например, создания самовосстанавливающихся материалов для строительства, производства или здравоохранения.
Все компьютеры в мире, работающие вместе, не смогут сделать то, что сможет квантовый компьютер с миллионом кубитов.
Первое в мире топологическое ядро Majorana 1 надежно и устойчиво к ошибкам на аппаратном уровне, что делает его очень стабильным. Оно также отличается принципиально новым подходом к управлению кубитами. Речь идет о цифровом управлении, которое можно включать и выключать с помощью импульсов напряжения. Это позволяет не настраивать каждый кубит отдельно, значительно упрощает процесс квантовых вычислений и снижает физические требования к созданию масштабируемых квантовых компьютеров.
Важно отметить, что квантовый чип работает внутри инфраструктуры, состоящей из управляющей электроники, рефрижератора, который охлаждает кубиты до температуры ниже -270°С, и программного обеспечения, которое может интегрироваться с искусственным интеллектом и классическими компьютерами. И если управляющая электроника вполне умещается внутри Majorana 1, то все остальное окружение сегодня разрабатывается, создается или модифицируется Microsoft.
В компании отмечают, что дальнейшее совершенствование всей этой сложной системы займет годы, однако многие сложные научные и инженерные задачи уже решены. А это значит, что квантовые вычисления будущего стали если не на десятилетия, то на годы ближе, чем казалось раньше, сообщает The SciTechDaily.
