Компания Microsoft представила миру новый квантовый чип под названием Majorana 1, который обещает революцию в области квантовых вычислений. Это технологическое достижение сокращает срок появления мощных квантовых компьютеров, способных решать сложные научные и промышленные задачи, с десятилетий до всего лишь нескольких лет.
Majorana 1 является первым квантовым чипом с архитектурой топологического ядра. В его основе лежит инновационный материал — топопроводник, который позволяет наблюдать и управлять уникальными майорановскими частицами. Эти фермионы, известные как фермионы Майораны, имеют уникальное свойство: они являются своими собственными античастицами, однако не встречаются в природе. Их можно создать только в лабораторных условиях с помощью магнитных полей и сверхпроводников.
Применение майорановских частиц имеет огромное значение для квантовых вычислений. Эти частицы надежно защищают квантовую информацию от случайных помех и позволяют точно измерять данные с помощью микроволн. Разработанный Microsoft метод измерений таков, что способен различать даже малейшие изменения — например, разницу между миллиардом и миллиардом одним электроном в сверхпроводящем проводе.
Кубиты, которые являются основными элементами квантовых компьютеров, отличаются от обычных битов тем, что могут находиться не только в двух состояниях (0 и 1), но и в состоянии суперпозиции. Однако кубиты очень чувствительны к помехам и легко теряют информацию. Поэтому встает задача создания кубитов, которые можно было бы точно измерять и контролировать, защищая их от влияния внешней среды.
Использование майорановских частиц открывает новые горизонты для создания более стабильных и масштабируемых кубитов. Но для этого требуется новый тип топопроводника на основе алюминия и арсенида индия, который уже используется в различных устройствах, таких как инфракрасные датчики. Этот полупроводник соединяется с сверхпроводимостью благодаря крайне низким температурам, создавая уникальный гибрид. Microsoft потратила много усилий на его создание, буквально строя его атом за атомом.
Инновационная архитектура Majorana 1 включает в себя нанопровода в форме буквы «Н», которые соединяют четыре управляемых майорановских кубита. Каждая такая структура формирует один кубит и может быть интегрирована с другими подобными устройствами, что позволяет разместить в чипе до одного миллиона кубитов. Несмотря на свои масштабные возможности, сам чип легко помещается на ладони человека.
Почему именно миллион кубитов? По мнению экспертов, это критическая величина, преодоление которой позволит создать квантовые компьютеры, способные решать важнейшие задачи, такие как разработка самовосстанавливающихся материалов для строительства, медицины и других сфер.
Стоит отметить, что все существующие компьютеры, работающие вместе, не могут сравниться с тем, что способен сделать квантовый компьютер с миллионом кубитов. Первое в мире топологическое ядро Majorana 1 обещает высокую надежность и устойчивость к ошибкам на аппаратном уровне, что делает его значительно более стабильным.
Технология управления кубитами также претерпела изменения. Новый подход включает цифровое управление, которое может активироваться и деактивироваться с помощью импульсов напряжения. Это значительно упрощает процесс квантовых вычислений и снижает требования к физическим ресурсам, необходимым для создания масштабируемых квантовых компьютеров.
Квантовый чип работает в рамках сложной инфраструктуры, состоящей из управляющей электроники и рефрижератора, который охлаждает кубиты до температур ниже -270°C. Все компоненты системы, включая программное обеспечение, разрабатываются Microsoft и могут быть интегрированы с искусственным интеллектом и классическими компьютерами.
Недавние исследования в области квантовых вычислений показывают, что несмотря на сложность системы, многие научные и инженерные задачи уже успешно решены. Это заявление поступило от представителей компании, занимающейся разработкой квантовых технологий. По их словам, дальнейшее совершенствование данной системы потребует еще нескольких лет работы, однако уже сейчас можно говорить о значительном прогрессе. Это означает, что квантовые вычисления будущего стали гораздо ближе, чем ожидалось ранее, что может оказать значительное влияние на различные сферы науки и технологий, прогнозирует издание The SciTechDaily.
