La kvantu skaitļošana gadiem solīja tehnoloģisku revolūciju, taču līdz šim tā šķita kā tāla utopija. Microsoft ir spēris būtisku soli, lai to padarītu par realitāti, izlaižot Majorana 1 kvantu mikroshēma, inovācija, kas tuvākajos gados varētu pilnībā pārveidot zinātnes, rūpniecības un tehnoloģiju ainavu.
Iespaidīgākā lieta Majorana 1 ir ne tikai tās jauda vai iespējas, bet arī fakts, ka tas ir celta uz jauna matērijas stāvokļa kas no teorijas ir kļuvusi par taustāmu realitāti: topoloģiskā supravadītspēja. Šī parādība apvienojumā ar kvantu arhitektūras, materiālu un digitālo mērījumu sasniegumiem nostāda Microsoft par uzticama, lietojama un mērogojama kvantu datora izveides priekšgalā.
Jauna pieeja: topoloģiskie kubiti un mērogojama arhitektūra
Majorana 1 mikroshēmas kodols ir balstīts uz topoloģiskie kubiti, pilnīgi atšķirīga klase no kbīti tradicionālā. Atšķirībā no parastajām pieejām, šāda veida kubits balstās uz uzlabotiem kvantu mehāniskiem principiem, piemēram, paritāti un Majorana nulles režīmiem (MZM). Tas ļauj pārstāvēt un aizsargāt kvantu informāciju ar izcilu kļūdu pretestību ko izraisa vide.
Viens no lielākajiem Microsoft komandas sasniegumiem ir parādīt, ka tā spēj uzticami izveidot un kontrolēt šīs Majoranas daļiņas. Avanss, kas vēl pavisam nesen bija teorētiski iespējams, bet praktiski nebija iespējams. Tas ir bijis iespējams, pateicoties “topovadītāja” izveidei, hibrīda materiālam, kas sastāv no indija alumīnija arsenīds, izstrādāts atoms pa atomam, lai sasniegtu augstāko precizitāti.
Šajā mikroshēmā ir ne tikai funkcionāli kubiti, bet arī visa vadības elektronika, kas nepieciešama sistēmas mērogošanai līdz miljonam kubitu vienā mikroshēmā. Tas viss vienā kompakts izmērs, kas līdzvērtīgs papīra post-it. Šis integrācijas līmenis padara to dzīvotspējīgu izvietošanai datu centros, piemēram, Microsoft Azure.
Jauns matērijas stāvoklis: topoloģiskā supravadītspēja
Šīs jaunās paaudzes kvantu mikroshēmu atšķirīgais elements ir tas, ka tie ir balstīti uz jauns matērijas stāvoklis. Mēs nerunājam par cietu, šķidru, gāzi vai plazmu, bet gan par topoloģiskā supravadītspēja, teorētisks stāvoklis vēl nesen, kas apvieno supravadītspējas īpašības ar tām, kas iegūtas no matērijas topoloģiskajiem stāvokļiem.
Pateicoties šim īpašajam statusam, Materiāli var vadīt elektrību bez pretestības, vienlaikus aizsargājot kvantu informāciju no ārējiem traucējumiem.. Tādējādi tiek iegūti daudz stabilāki kubiti ar zemāku kļūdu līmeni un mazāku nepieciešamību pēc sarežģītiem kļūdu labošanas mehānismiem, kas ir viens no galvenajiem pašreizējiem šķēršļiem kvantu skaitļošanā.
Šo valstu kontrole ir pārbaudīta recenzēts pētījums, kas publicēts Nature, kas sniedz zinātnisku atbalstu šiem sarežģītajiem un vērienīgajiem sasniegumiem.
No fizikas līdz pielietojumam: ceļvedis līdz miljonam kubitu
Majorana 1 nav tikai izolēts eksperiments, bet daļa no skaidra ceļveža, ko Microsoft ir izstrādājis, lai izveidotu noderīgu, pret defektiem izturīgu kvantu datoru. Microsoft jau ir integrējis astoņus topoloģiskos kubitus vienā mikroshēmā, un mērķis ir panākt mērogojamus masīvus ar miljoniem no tiem.
Nākamais mērķis šajā maršrutā ir ieviest uz tetronu balstītu sistēmu, struktūras, kas sastāv no četrām Majorana daļiņām, kas veido izturīgāku loģisko kubitu. Šīs vienības var savīt matricās kā 4 × 2 struktūru, lai īstenotu kvantu kļūdu korekciju, izmantojot nepārtrauktas mērīšanas metodes.
Topoloģisko kubitu lielā priekšrocība ir tā, ka tie ir nepieciešami mazāk labojumu. Tas nozīmē, ka funkcionālai sistēmai nepieciešamie fiziskie resursi ir daudz mazāki. Microsoft lēš, ka tās pielāgotie kvantu kodi, salīdzinot ar pašreizējām alternatīvām, samazina apstrādes izmaksas 10 reizes.
Reāla ietekme: no kvantu ķīmijas līdz materiālu inženierijai
Kvantu dators ar miljonu kubitu varētu atrisināt problēmas, kas mūsdienās nav iespējamas pat visiem pasaules superdatoriem, kas strādā kopā. Jomas, kas sniegtu tiešu labumu, ir ķīmija, materiālu zinātne, medicīna un vide.
Piemēram, varētu precīzi modelēt sarežģītas ķīmiskās reakcijas, izstrādāt pašatveseļojošus materiālus un apstrādāt pat daudz sarežģītākus mašīnmācīšanās modeļus.
Microsoft uzskata, ka šis AI + kvantu skaitļošanas kombinācija Tas būs katalizators, kas atraisīs vēl neredzētas inovācijas. Mūsu priekšā paveras brīnumu laikmets.
Vairāk nekā mikroshēma: nākotnes izgudrojums
Majorana 1 ir ne tikai pakāpenisks uzlabojums, bet pilnīgs skaitļošanas izgudrojums no paša sākuma. Tāpat kā tranzistors radīja revolūciju klasiskajā elektronikā, šī mikroshēma varētu būt jaunās skaitļošanas laikmeta sirds.
Visu Microsoft ir izveidojis savās laboratorijās. Rezultāts ir mikroshēma, kas ne tikai darbojas, bet arī var tikt ražota sistemātiski, reproducējami un mērogojami.. Izmantojot Majorana 1 mikroshēmu, šķiet, ka kvantu nākotne ir tuvāka, nekā mēs iedomājāmies.