Новий чіп Majorana від Microsoft

Існує українське прислів’я, «коня підковують і мавпа лапки підставляє». Вибачайте, але кубіти це віртуальні мавпячі лапки. Звісно, всі мають гоморі хай його кільуість збільшується. Але важкий науковий шлях я ціную. Хай вам щастить.

Нещодавно Microsoft випустила свій новий квантовий чіп Majorana 1, який викликав значний інтерес, оскільки він не є звичайним квантовим чіпом. Повідомляється, що Microsoft створила абсолютно новий стан матерії — так званий топологічний стан — який вона використовує для виконання квантових обчислень.

Давайте розглянемо, як це працює, та деякі нещодавні проблеми, пов'язані з цим.

Microsoft представила Majorana 1, перший квантовий чіп, що працює на новому типі кубітів — топологічних кубітах. Він отримав назву Majorana, тому що ці кубіти містять частинки Майорани , екзотичні квантові сутності, що складають основу «секретного інгредієнта» Microsoft.

Ці кубіти виготовлені з нового матеріалу, який називається топопровідником , що є комбінацією надпровідника (алюмінію) та напівпровідника (арсеніду індію). Ця комбінація дозволяє досягти абсолютно нового стану матерії — топологічної надпровідності . Щоб досягти цього стану, кубіти необхідно охолодити до температури близької до абсолютного нуля (-240°C або -400°F) та налаштувати магнітними полями.

Найбільшою проблемою квантових обчислень є помилки . На відміну від класичних чіпів, квантові чіпи дуже чутливі до шуму . Навіть найменші перешкоди — тепло, вібрації чи космічні промені — можуть порушити їхні обчислення. Щоб протидіяти цьому, квантовим комп'ютерам потрібні масивні кріогенні системи, щоб підтримувати їх набагато холоднішими, ніж у космосі.

Ця крихкість обмежує масштабованість. Найбільші сьогодні квантові комп'ютери працюють лише з кількома тисячами кубітів, що далеко не мільйони, необхідні для реальних застосувань. Саме тому Microsoft зосередилася на топологічних кубітах, які, як повідомляється, за своєю суттю захищені від шуму та розроблені для масштабованості.

Топологічні кубіти: як вони працюють

Топологічні кубіти виготовляються з надпровідних нанодротів , з квантовою інформацією, що зберігається на обох кінцях нанодроту.

На відміну від інших кубітів — надпровідних, захоплених іонів, фотонних або алмазних — які залежать від частинок, таких як іони або електрони, топологічні кубіти базуються на топологічному стані.

Установка складається з нанодроту з квантовими точками на обох кінцях, що функціонує як затвор у класичному транзисторі.

• Коли затвор відкритий, електрони вільно рухаються.

• У закритому стані деякі електрони потрапляють у пастку, і парна або непарна кількість цих електронів визначає стан кубіта.

• Ці кубіти потім можна з'єднати у більші системи.

Чому частинки майорани

Проблема квантових обчислень полягає в шумі — навіть найменше збурення (випромінювання, тепло, космічні промені) може знищити квантову інформацію. Саме тут з'являються частинки Майорани. Ці частинки «приховують» квантову інформацію, розподіляючи її нелокально по кількох частинках Майорани, а не в одній частинці.

• Квантова інформація зберігається між двома кінцями надпровідного нанодроту, розташованими на відстані приблизно 3 мікронів (3000 нм) один від одного.

• Таке розподілене сховище робить його більш стійким до шуму, оскільки малоймовірно, що зовнішні перешкоди вплинуть на всі місця одночасно.

• Ця властивість дозволяє кубіту довше зберігати свою когерентність.

Я розмовляв з Крістою Свор, заслуженим інженером і віце-президентом Microsoft, і вона зазначила, що топологічні кубіти можуть бути в 100-1000 разів кращими з точки зору стійкості до шуму.

Перевірка реальності

Microsoft стверджує, що цей тип кубітів може масштабуватися до мільйонів кубітів, але вони ще цього не зробили. Чіп Majorana 1 розміром з долоню наразі має лише 8 кубітів, причому кожен кубітний пристрій має розміри ~10 мікрон x 10 мікрон — відносно великий розмір порівняно з розмірами сучасних мікрочіпів.

Це цікава розробка, але можна стверджувати, що чіп Majorana не такий новаторський, як стверджують заголовки. Протягом останніх кількох днів твердження Microsoft про використання режимів Majorana зіткнулося з подальшою критикою. Хоча топологічні кубіти є багатообіцяючими, докази, представлені в нещодавній статті Microsoft, були поставлені під сумнів, що викликало сумніви щодо того, наскільки вони насправді близькі до практичного прориву