Microsoft представила первый квантовый чип на основе «топологических кубитов»
Microsoft объявила о значительном прорыве в области квантовых вычислений, представив свой квантовый чип под названием Majorana 1, который работает на топологических кубитах. Этот процесcор, размером с ладонь, имеет восемь кубитов в ядре. Кубиты сделаны из нового класса материалов, называемых «топопроводниками», и они невероятно малы — около 1/100 миллиметра каждый. Эти кубиты также быстры и могут быть цифрово управляемыми, что упрощает их применение.
Microsoft надеется, что, в будущем, на этом процессоре можно будет разместить до миллиона кубитов. Это может быть вопросом всего нескольких лет, а не десятилетий, как предполагалось ранее. Такая модернизация позволит квантовому компьютеру работать стабильно, с достаточной коррекцией ошибок, чтобы начать решать реальные задачи, которые превышают возможности классических компьютеров. Такими задачами могут быть моделирование сложных молекул для разработки лекарств, оптимизация химических реакций для более эффективного производства удобрений, моделирование новых материалов для батарей, выполнение сложных финансовых расчетов для решения макроэкономических проблем.
Процессор пока недоступен для коммерческого использования и, скорее всего, будет использоваться для оценки, симуляций и разработки будущих чипов.
Это один из самых долгосрочных исследовательских проектов, на реализацию которого понадобилось 17 лет, с еще более длинной историей теоретической физики. В 1937 году итальянский физик Этторе Майорана описал субатомную частицу, названную фермионом Майораны, со уникальным квантовым состоянием, устойчивым к локальным возмущениям. Эта особенность сделала частицу идеальным кандидатом для создания стабильных кубитов с меньшим числом ошибок.
В прошлом году Microsoft удалось наблюдать эти частицы и использовать их в процессе создания чипов. Компания использует нулевые моды Майораны (MZM), которые являются квазичастицами, существующими на концах топологических сверхпроводящих нанопроводов, в качестве строительных блоков для кубитов.
Эти «топопроводники» представляют собой новый тип материала — новое состояние материи, отличное от твердых, жидких и газообразных состояний. В данном случае, арсенид индия (полупроводник) и алюминий (сверхпроводник) комбинируются, охлаждаются почти до абсолютного нуля и настраиваются магнитными полями для достижения состояния топологической сверхпроводимости. Именно здесь материалы формируют топологические сверхпроводящие нанопровода с MZM на концах. Эти MZM хранят квантовую информацию и разделяют между собой неприсоединенный электрон, что делает их невидимыми для внешних воздействий. Таким образом защищается квантовая информация и позволяет квантовому компьютеру работать стабильно.
