Microsoft анонсировала создание собственного квантового компьютерного чипа. Это позволяет компании конкурировать с Google и IBM в разработке доступных квантовых компьютеров.
Квантовые компьютеры, в отличие от классических, которые оперируют информацией, представленной в виде битов (единиц и нулей), используют кубиты. Кубиты — это единицы информации, обладающие свойством суперпозиции, позволяющей им одновременно находиться в состоянии нуля и единицы. Благодаря этому, квантовые технологии открывают потенциал для решения задач, требующих от самых мощных суперкомпьютеров годы вычислений.
Многие современные квантовые компьютеры используются исследователями и, как правило, имеют тысячи кубитов. Это относительно новая область технологий, и ей свойственны ограничения, характерные для начального этапа развития. Подобно первым телефонным аппаратам и картам памяти, квантовые компьютеры громоздки, требуют специальных условий — охлаждения азотом и гелием — и решают «узкие» задачи.
Технологическая компания Microsoft вкладывается в квантовые технологии, как и другие гиганты индустрии: IBM и Google. В среду, 19 февраля 2025 года, исследователи представили компьютерный чип, использующий топологические квантовые вычисления. Научные подробности, касающиеся этого чипа опубликованы в журнале Nature.
В топологическом кубите информация распределена по всей структуре, а не локализована в отдельных элементах. Благодаря этому топологические кубиты обладают повышенной устойчивостью к шумам и ошибкам. Для реализации топологических кубитов требуются квазичастицы, известные как энионы. Это обобщение, применяемое к бозонам и фермионам в двумерных системах, происходит от английского any — «любой» в переводе на русский.
Для работы чипа понадобились особенные энионы — нулевые майорановские моды, состояние майорановского фермиона с нулевой энергией. Майорановские фермионы являются своей же античастицей и носят фамилию итальянского физика Этторе Майорана ( Ettore Majorana), предсказавшего их появление. В связи с этим чип также получил такое название Majorana 1.
Исследователям удалось наблюдать объединение неабелевских энионов на чипе оценить этот процесс с высокой точностью измерений. Команда Microsoft также показала архитектуру устройства, совместимую с будущими тестами правил слияния квазичастиц-энионов. На чипе удалось провести единичное ( single-shot) проводится с использованием метода, основанного на интерферометрии для определения фермионной четности в структуре, изготовленной из арсенида индия и алюминия ( InAs–Al).
Для создания интерферометра ученые использовали квантовые точки и соединенный с ними нанопровод, демонстрирующий сверхпроводимость. Квантовые точки и провод соединены посредством туннельного эффекта, поскольку не имеют прямого контакта. Исследования проводились при температурах от 50 до 300 милликельвинов, что требует использования специализированной системы охлаждения.
Полностью невозможно доказать существование нулевой майорановской моды, однако именно эти квазичастицы и топологические кубиты теоретически способны оказывать значительное влияние продвинуть квантовые вычисления. В своей статье сотрудники Microsoft представили новые данные, подтверждающие существование нужного эниона. Их предстоит проверить другим научным группам
Чип разработан в США и отличается значительно меньшими размерами по сравнению с другими современными квантовыми чипами — вся его структура умещается в ладони. Он включает восемь топологических кубитов.
Microsoft сразу представила свою разработку в потребительском дизайне. В компании считают, что этот чип сделает квантовые вычисления достаточно надежными для практического использования.
Хотя этот чип является существенным прогрессом, Microsoft признала, что предстоит еще много инженерной работы, прежде чем квантовые компьютеры станут практическими инструментами. Компания утверждает, что этот прорыв может сделать такую реальность возможной в течение «лет, а не десятилетий».