В чем принципиальное отличие нового квантового чипа Microsoft? Откроет ли Majorana 1 новую эру вычислений?

Помните фантастические фильмы, где компьютеры решают сложнейшие задачи за секунды? Кажется, будущее, где такие технологии станут реальностью, уже не за горами. Корпорация Microsoft сделала важный шаг в этом направлении, представив новый чип, способный, по их словам, кардинально изменить подходы к решению глобальных проблем — от борьбы с загрязнением окружающей среды до разработки лекарств нового поколения. И это не просто громкие заявления — достижения Microsoft подтверждены публикацией в престижном научном журнале Nature.

Что же такого особенного в этом чипе, умещающемся на ладони?

Новый чип, получивший название Majorana 1 (в честь итальянского физика-теоретика Этторе Майораны), использует принципиально новый подход к созданию квантовых компьютеров. Если совсем просто, то обычные компьютеры оперируют битами, которые могут быть либо нулём, либо единицей. Квантовые же компьютеры используют кубиты, которые, благодаря законам квантовой механики, могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это позволяет им выполнять вычисления на порядки быстрее, чем самые мощные современные суперкомпьютеры.

Однако, есть одна большая проблема: кубиты крайне нестабильны и подвержены влиянию внешних факторов, что приводит к ошибкам в вычислениях. Именно эту проблему и решает разработка Microsoft.

В чём же секрет?

В основе Majorana 1 лежит так называемая интерферометрическая система измерения фермионной чётности. Звучит сложно? Давайте разбираться!

Представьте себе крошечный проводник (нанопроволоку), сделанный из арсенида индия и алюминия. На концах этого проводника, если он находится в особом состоянии (топологическом сверхпроводящем состоянии), образуются так называемые майорановские нулевые моды (МНМ). Это квазичастицы, которые обладают уникальными свойствами и, по сути, хранят в себе квантовую информацию.

Ключевой момент в том, что информация хранится не в самих МНМ, а в фермионной чётности — характеристике, показывающей, «чётное» или «нечётное» количество фермионов (элементарных частиц, таких как электроны) содержится в этой системе. И вот здесь начинается самое интересное: чтобы считать эту информацию, учёные создали систему, напоминающую интерферометр.

Представьте себе две дороги, по которым может идти путник. Если дороги одинаковые, то путник придёт в конечную точку в любом случае. Но если на одной из дорог есть препятствие, то время прибытия путника изменится. Примерно так же работает и интерферометр в чипе Microsoft: он «чувствует» изменение фермионной чётности, регистрируя сдвиг квантовой ёмкости связанных с нанопроволокой квантовых точек.

Звучит круто! И что это даёт?

Разработка Microsoft позволяет считывать фермионную чётность мгновенно (в режиме «одного выстрела») с вероятностью ошибки всего в 1%! Это невероятно важный шаг на пути к созданию надёжных и масштабируемых квантовых компьютеров.

«Мы переосмыслили принципы работы квантовых компьютеров», — говорит Четан Наяк, старший научный сотрудник Microsoft. «Наш подход позволяет создавать более стабильные и масштабируемые системы, чем те, что разрабатываются лидерами отрасли, такими как Google и IBM.»

Конечно, до практического применения квантовых компьютеров ещё предстоит пройти долгий путь, но, по словам представителей Microsoft, благодаря этому прорыву, речь идёт уже о годах, а не о десятилетиях.

Какие задачи смогут решать такие компьютеры?

Потенциал квантовых вычислений огромен. Представьте себе возможность моделировать поведение сложных молекул, что позволит создавать новые лекарства и материалы с уникальными свойствами. Или, например, разработать эффективные методы борьбы с микропластиком, загрязняющим океаны. Или создать самовосстанавливающиеся материалы… Возможности поистине безграничны!

Неудивительно, что исследования в области квантовых вычислений привлекают огромное внимание во всём мире. И США, и Китай активно инвестируют в эту область, а Министерство обороны США уже выбрало Microsoft в качестве одного из двух финалистов своей программы по развитию квантовых вычислений.

Что ж, будем с нетерпением ждать новых прорывов и надеяться, что квантовое будущее наступит как можно скорее! Ведь, согласитесь, решение глобальных проблем с помощью технологий, которые ещё недавно казались научной фантастикой, — это действительно захватывающе!