Microsoft показала квантовий процесор Majorana 1: для нього придумали неіснуючий стан речовини

Компанія Microsoft оголосила про значний прорив у сфері квантових обчислень, представивши новий квантовий процесор Majorana 1. Розробка, над якою компанія працювала 17 років, відкриває шлях до створення потужних квантових комп’ютерів, здатних вирішувати завдання в масштабах, яких раніше ми собі навіть не уявляли.

Зараз спробуємо все пояснити

Основою квантових комп’ютерів є кубіти – еквівалент бітів у традиційних комп’ютерах. Проте їхня нестабільність і чутливість до шумів ускладнюють створення надійних квантових систем. Microsoft пропонує вирішення цієї проблеми завдяки використанню частинок Майорани, які ще у 1937 році описав італійський фізик Етторе Майорана.

З метою вирішення цієї проблеми Microsoft розробила "топопровідник" – новий тип матеріалу, який дозволяє не лише спостерігати, а й контролювати частинки Майорани. Компанія наголошує, що це є ключем до створення більш стабільних топологічних кубітів.

У своєму процесорі Majorana 1 Microsoft вже розмістила вісім таких кубітів, а в майбутньому планує масштабувати цю технологію до мільйона кубітів на одному чипі.

Наш шлях до корисних квантових обчислень є зрозумілим. Базові технології доведені, і ми впевнені, що наша архітектура є масштабованою, – заявив Четан Найяк, технічний експерт Microsoft.

Якщо коротко

Революційність топопровідника від Microsoft полягає у тому, що він дозволяє створювати стабільніші кубіти завдяки використанню частинок Майорани. Ці частинки діють як власні античастинки, що робить кубіти менш чутливими до шуму та помилок, які зазвичай ускладнюють масштабування квантових обчислень.

Потенційні можливості квантового комп’ютера

За словами розробників, мільйон-кубітний квантовий комп’ютер дозволить проводити складні симуляції, покращуючи розуміння природних процесів, розробку нових ліків та дослідження матеріалознавства, і "топопровідник" є ключовою технологією для досягнення цієї мети.

Чому це важливо?

Серед сучасних класичних комп’ютерів навіть найпотужніші суперкомп’ютери не можуть точно розраховувати поведінку складних квантових систем, бо таких обчислень забагато. Вони або спрощують рівняння, або використовують наближення.

Квантовий комп’ютер працює інакше – він оперує тими самими законами квантової механіки, що й природа, а отже, може моделювати ці процеси прямо, без необхідності наближених обчислень.

Де це може допомогти?

• Розробка нових ліків та матеріалів. Такий комп'ютер зможе симулювати поведінку молекул і хімічних реакцій без реальних експериментів. Замість тестування тисяч варіантів у лабораторіях, можна швидко знаходити потрібні структури для ліків проти хвороб, таких як рак або Альцгеймер. Також з його допомогою можна було б вирішити проблему надпровідників, які працюють при кімнатній температурі.
• Розуміння складних природних процесів. Квантовий комп'ютер може точно симулювати фотосинтез, що допоможе створювати ефективні штучні системи для виробництва енергії. А дослідження поведінки складних білків та ДНК допоможе здійснити нові відкриття у генній інженерії.
• Розвиток нових технологій. Також завдяки точним симуляціям можна оптимізувати виробництво, транспортні системи та логістику (квантові алгоритми дозволяють знаходити найкращі рішення швидше, ніж класичні).

Співпраця з DARPA та подальші плани

Microsoft опублікувала результати своїх досліджень у журналі Nature та отримала підтримку від Агентства перспективних дослідницьких проєктів оборони США (DARPA). Компанія стала одним із двох фіналістів програми Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC), в межах якої вона розробить прототип квантового комп’ютера з виправленням помилок у найближчі роки.