By 
Majorana 1 стала сміливим кроком у квантових обчисленнях. Він з’являється в той час, коли багато дослідників шукають швидші, менші та надійніші способи обробки квантової інформації. Четан Наяк, технічний співробітник Microsoft і корпоративний віце-президент Quantum Hardware у Microsoft, підкреслив важливість створення стабільної квантової системи, яка може адаптуватися до великих потреб. Його команда працювала над новим «топопровідником», особливим класом матеріалу, який підтримує унікальну поведінку, якої немає у звичайній матерії.
Кубіти Majorana 1 зменшують помилки
Majorana 1 побудовано навколо нульових режимів Majorana, які зберігають дані через парність електричного заряду. Розробники кажуть, що ці режими пропонують шлях до зниження рівня помилок, оскільки система може ефективно приховувати та захищати інформацію. Кожен кубіт у цій конструкції працює за допомогою цифрових імпульсів замість делікатного аналогового керування. Це дозволяє інженерам більш безпосередньо запускати виправлення помилок, що є критичним для завдань, які включають багато кубітів.
Що відрізняє «топопровідники»
Вчені з Microsoft знайшли спосіб сплавити надпровідники з напівпровідниками за допомогою арсеніду індію та алюмінію. Їхній підхід покладається на надзвичайно низькі температури для формування стабільних проводів. Ці дроти створюють новий стан матерії, відомий як топологічний надпровідник. Це надає системі додаткову стійкість, яка допомагає підтримувати квантові стани для більш надійної роботи.
Majorana 1 покращує масштабованість
Інженери прагнуть вивести квантові обчислення за межі невеликих демонстрацій. Топологічна стратегія Microsoft вирішує це шляхом інтеграції захисту від помилок безпосередньо в апаратне забезпечення. Деякі існуючі кубіти вимагають точно налаштованих сигналів, які важко масштабувати. Переходячи до вимірювань для обчислень, розробники зменшують накладні витрати та відкривають двері для запуску багатьох кубітів одночасно.
Один шлях до меншої кількості помилок
Поширеною перешкодою у квантових обчисленнях є шум, який порушує чутливі стани кубіта. З топологічними кубітами фізична структура природним чином охороняє їх, тому в програмному забезпеченні потрібно менше виправлень. Дослідники кажуть, що їхній дизайн може обробляти трильйони операцій на мільйоні кубітів без надзвичайної складності керування. Простіші сигнали означають менше обладнання на кубіт, що може зменшити розмір майбутніх машин.
Подяка оборонних відомств
Підхід Microsoft привернув увагу DARPA. Це агентство запускає такі програми, як Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing, яка шукає багатообіцяюче апаратне забезпечення, яке могло б вирішити завдання, які не під силу звичайним машинам. Тепер Microsoft входить до обраної групи, яка просувається в оцінці DARPA. Ця підтримка посилає сильний знак впевненості в системі, яка поєднує академічну теорію з комерційною життєздатністю.
Цифрові імпульси для вимірювань
Процесор Majorana 1 поєднує методи вимірювання зі зчитуванням даних за допомогою квантової точки, крихітного компонента, який відстежує заряди електронів. Ця конструкція показала, що вона може з високою надійністю виявляти відмінність одного додаткового електрона. Microsoft припускає, що ця техніка дозволяє кубітам вмикатися та вимикатися за допомогою регулювання напруги. Це дозволяє уникнути частого повторного калібрування, яке може уповільнити системи, що покладаються на аналогові диски.
Погляньте на практичне використання
Коли квантові системи можуть працювати з величезною кількістю кубітів, вони можуть пролити світло на загадкові питання хімії. Це включає в себе аналіз того, як утворюються різні зв’язки або як руйнуються матеріали, що може прискорити дослідження нових форм будівництва чи контролю забруднення. Експерти бачать потенційне застосування в таких сферах, як медицина та сільське господарство, особливо у поєднанні зі штучним інтелектом. Моделі машинного навчання можуть поєднуватися з квантовими комп’ютерами, щоб досліджувати кращі конструкції ферментів і швидше відкривати ліки.
Яка тут мета?
Інженери часто стикаються з компромісами щодо розміру та стабільності кубіта. Кубіт має бути достатньо малим для швидкого перемикання, але достатньо великим для стабільних проводів керування. Дослідники вказують, що точно налаштована форма, яку іноді називають найкращою точкою, допомагає отримати масштабований пристрій. Кінцева мета полягає в тому, щоб наповнити чіп багатьма кубітами, які можна використовувати в стандартних середовищах центру обробки даних.
За межами лабораторії
Хоча залишилися певні кроки, перш ніж споживачі помітять квантові переваги в повсякденному житті, прогрес здається швидким. Інженери повинні завершити методи охолодження та розширити програмне середовище, яке координує роботу кубітів. Все це відбувається при мінусовій температурі. Тим не менш, поштовх до впровадження цих рішень у звичайні центри обробки даних свідчить про те, що ми можемо побачити реальні наслідки раніше, ніж багато хто колись передбачав.
«Ми зробили крок назад і сказали: «Добре, давайте винайдемо транзистор для квантової ери», — сказав Четан Наяк. Його заява підкреслює, що вони шукали довгостроковий підхід, а не швидке вирішення проблеми.
Majorana 1 та існуючі інструменти
Мікросхема Majorana 1 функціонує як частина більшого набору інструментів, який включає холодильник для розведення та спеціалізовану логіку керування. Кожна частина відіграє певну роль у роботі квантових алгоритмів, які є програмами, які використовують квантові явища для вирішення проблем, з якими звичайні комп’ютери не можуть ефективно впоратися. Інженери повинні продовжувати вдосконалювати шари матеріалу, щоб мінімізувати дефекти. Їхній успіх може прокласти шлях до наступного етапу обчислювальної техніки, де топологічне обладнання ефективніше вирішуватиме спеціалізовані завдання.
Вирішення задач за допомогою Majorana 1
Оскільки вісім топологічних кубітів уже розміщено на одному пристрої, бачення великомасштабної квантової машини здається більш відчутним. Однією з причин для оптимізму є вбудований захист від помилок, який лежить в основі кожного кроку, що може зменшити накладні витрати в майбутніх розширеннях. Розробники планують створити надійні прототипи, які вирішуватимуть реальні проблеми без нескінченних років очікування.
Вони також наголошують на впливі промислових масштабів, натякаючи, що ця технологія може працювати з великими, складними моделюваннями. Дослідники довго шукали стабільні платформи для виконання квантових операцій. Закріпивши систему на міцному матеріалознавстві, команди сподіваються перетворити топологічні кубіти на практичні інструменти. Ті, хто стоїть за Majorana 1, підкреслюють, що масштабованість є ключовою для вирішення значущих проблем. Здатність координувати багато кубітів готова розблокувати сценарії, які раніше обмежувалися теоретичними спекуляціями. Дослідження опубліковано в Nature.
Comments