Квантовые вычисления, футуристическая технология, которая обещает произвести революцию в области вычислительной техники, лежат в основе исследований многих технологических компаний. Среди них — Microsoft, ведущий игрок, недавно сделавший большой шаг в этой гонке.
Компания объявила, что ей удалось создать и контролировать квазичастицы под названием Майорана, которые считаются необходимыми для разработки стабильных кубитов, основных единиц квантовой информации. Этот прорыв, если он подтвердится, может стать поворотным моментом в развитии квантовых вычислений, проложив путь к более мощным и стабильным квантовым компьютерам, способным решать задачи, далеко выходящие за рамки возможностей наших нынешних компьютеров. Работа команд Microsoft опубликована в журнале .
Роль Майораны в квантовых вычислениях
Майораны, или, точнее, нулевые моды Майораны, — это квазичастицы, представляющие особый интерес в области квантовых вычислений. Они названы в честь итальянского физика Этторе Майораны, который впервые теоретизировал о них в 1937 году.
Майораны уникальны тем, что ведут себя как собственные античастицы. Другими словами, они являются своей противоположностью. Это означает, что их заряд и энергия эквивалентны. Это свойство делает их устойчивыми к возмущениям, что может сделать их невероятно надежными в качестве кубитов.
Однако сама их природа делает их труднодоступными для поиска и манипулирования. Майораны являются квазичастицами, что означает, что это не настоящие частицы, а коллективные колебания, которые могут возникать, когда частицы, такие как электроны, действуют вместе. Поэтому они очень хрупкие и могут быть нарушены крошечными изменениями в окружающей среде.
Несмотря на эти трудности, Майорана рассматриваются как потенциальный ключ к созданию стабильных и эволюционирующих кубитов. Если их можно будет надежно создавать и контролировать, они могут позволить создать квантовые компьютеры, которые будут намного мощнее и стабильнее, чем те, которые возможны в настоящее время.
Скептицизм со стороны научного сообщества
Недавно исследователи Microsoft заявили, что созданные ими устройства демонстрируют поведение, соответствующее нулевым модам Майораны. Но это заявление было встречено скептически некоторыми экспертами за пределами компании. В 2018 году Microsoft уже утверждала, что обнаружила эти квазичастицы.
Однако в 2021 году это заявление было отозвано после неудачной экспертной оценки. В частности, исследователи указывали на то, что несовершенства в полупроводниковых проводах могут вызывать квантовые эффекты, которые легко спутать с нулевыми модами Майораны.
Протокол топологического разрыва
Чтобы преодолеть эти проблемы, команда Microsoft использовала более сложный тест под названием Topological Gap Protocol. Чтобы пройти этот тест, устройство должно одновременно показывать сигнатуры нулевых мод Майораны на каждом конце полупроводникового провода, а также показывать, что электроны находятся в диапазоне энергий, в котором возникает определенный тип сверхпроводимости. Конкретно, устройство должно показывать доказательства существования майорана как локально (на каждом конце провода), так и глобально (во всем устройстве).
Протокол топологического разрыва считается строгим тестом, поскольку он требует серии локальных и нелокальных измерений, проводимых при изменении магнитного поля, электронной плотности полупроводника и прозрачности переходов. Если устройство проходит этот протокол, это указывает на высокую вероятность обнаружения топологической фазы, содержащей нулевые моды Майораны.
Однако этот протокол подвержен ошибкам и может быть обманут примесями в полупроводниковых проводах. Поэтому, хотя протокол топологического разрыва является ценным инструментом для исследования квантовых вычислений, его следует использовать с осторожностью, а его результаты должны быть подтверждены другими методами тестирования.
Будущее квантовых вычислений
Несмотря на скептицизм некоторых исследователей, команда Microsoft уже находится в процессе создания более сложного устройства, больше похожего на квантовый компьютер. Исследователи достаточно уверены в том, что следующим этапом их работы станет создание настоящего кубита на основе этих квазичастиц. Это будет лучшим способом заставить скептиков меньше сомневаться.
Кроме того, Microsoft также объявила о новой услуге под названием Azure Quantum Elements, которая использует искусственный интеллект и высокопроизводительные вычисления для ускорения научных исследований. Этот сервис в сочетании с достижениями в области квантовых вычислений потенциально может сократить время, необходимое для достижения успехов в химии и материаловедении, основанных на сложных компьютерных симуляциях, на десятилетия.
Выход Microsoft на рынок квантовых вычислений, возможно, является важным поворотным моментом в области технологий. Хотя создание надежных и масштабируемых кубитов на основе Майораны является важной вехой, научное сообщество ждет более веских доказательств и воспроизводимых результатов, прежде чем считать это достижение настоящим прорывом. Тем не менее стремление Microsoft расширить границы квантовых вычислений неоспоримо и может проложить путь к значительным достижениям в ближайшем будущем.