Компания Microsoft представила Majorana 1 — квантовый чип, основанный на новой топологической архитектуре ядра. В основе нового подхода лежит особый материал, называемый сверхпроводником, который позволяет создавать и контролировать частицы «Майорана».
Частицы Майораны особенны тем, что они одновременно являются и частицей, и античастицей — свойство, которое делает их уникальными в мире квантовой физики. В отличие от обычных частиц, таких как электрон, у которого есть своя собственная античастица, майорановские частицы должны быть электрически нейтральными, поскольку они сами являются своей собственной античастицей. В Стандартной модели физики единственным известным кандидатом на такую частицу является нейтрино, что побудило множество экспериментов по всему миру попытаться доказать это свойство.
За несколько десятилетий или даже лет
Microsoft удалось создать и контролировать эти особые частицы в своем новом чипе, что открывает новые возможности для разработки квантовых компьютеров. Вместо предыдущих прогнозов, согласно которым создание практических квантовых компьютеров займет десятилетия, эта технология может сократить этот процесс до нескольких лет. В отличие от обычных компьютеров, использующих биты (0 и 1), квантовые компьютеры работают с кубитами, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это позволяет им решать некоторые сложные задачи гораздо быстрее, чем обычные компьютеры. Проблема в том, что кубиты очень нестабильны и чувствительны к малейшим возмущениям окружающей среды. Вот тут-то и приходит на помощь новое решение от Microsoft.
«Квантовый транзистор»
В основе нового подхода лежит особый материал, называемый сверхпроводником, который позволяет создавать и контролировать частицы «Майораны». Эти частицы можно использовать для создания более стабильных кубитов, что является ключом к практическому применению квантовых компьютеров.
Это все равно, что изобрести новый транзистор для квантовой эры. Сначала нам нужно было спроектировать, какими свойствами должен обладать этот «квантовый транзистор», а затем мы разработали материалы, которые сделали это возможным, — пояснил технический консультант Microsoft Четан Наяк.
Новая архитектура чипа может стать важной вехой в развитии квантовых компьютеров. Конструкция позволяет разместить на чипе миллион кубитов, что важно, поскольку только при таком количестве кубитов квантовые компьютеры становятся практически пригодными для использования. Для сравнения, самые современные квантовые компьютеры имеют всего несколько сотен кубитов.
Что это означает на практике?
Например, компьютер с миллионом кубитов мог бы разрабатывать новые материалы, которые восстанавливаются самостоятельно при повреждении. Например, мост, который автоматически восстанавливает трещины, или детали самолета, способные самостоятельно восстанавливать незначительные повреждения. Такой компьютер мог бы найти способ эффективно расщеплять микропластик, загрязняющий окружающую среду, или разрабатывать ферменты, которые позволили бы сельскохозяйственным культурам успешно расти во все более суровых климатических условиях.
Создание такого чипа представляет собой вершину точности в технологии.
Мы строим его буквально атом за атомом. Каждый атом должен быть на своем месте, потому что даже самая маленькая ошибка может разрушить кубит, — заявила Криста Суор из Microsoft.
В чипе используются специально разработанные алюминиевые провода толщиной в несколько нанометров, расположенные в форме буквы «Н». Каждая такая структура содержит четыре частицы «Майорана», которые вместе образуют один кубит. Чтобы все это работало, нужна особая среда. Система имеет сложную управляющую электронику, экстремальное охлаждение до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15°C), и специальное программное обеспечение, сочетающее классические вычисления с искусственным интеллектом для управления кубитами.
Это важный шаг, но…
Значимость этого достижения также признало DARPA — Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, которое выбрало Microsoft в качестве одной из двух компаний, продолжающих разработку коммерческих квантовых систем.
Эксперты призывают к осторожности. Профессор физики Пол Стивенсон из Университета Суррея предупреждает, что, хотя Microsoft может стать важным игроком в разработке квантовых компьютеров, пока еще слишком рано быть излишне оптимистичным.
Это важный шаг, но в квантовых вычислениях следующие шаги часто оказываются еще более сложными. Только когда мы увидим, что технология надежно работает на практике, мы сможем говорить о реальном успехе, — заключил он.