Microsoft je predstavio Majorana 1, prvi kvantni čip na svijetu koji pokreće nova arhitektura "Topological Core" (radi se o topološkim supervodičima odnosno topovodičima) za koju se očekuje da će realizirati kvantna računala sposobna rješavati značajne probleme industrijske razine za godine, a ne za desetljeća.
Kako su istaknuli prilikom predstavljanja, Majorana 1 iskorištava revolucionarnu vrstu materijala koji može promatrati i kontrolirati Majorana čestice za proizvodnju pouzdanijih i skalabilnijih kubita, koji su građevni blokovi za kvantna računala.
Na isti način na koji je izum poluvodiča omogućio današnje pametne telefone, računala i elektroniku, topovodiči i nova vrsta čipova koje oni omogućuju nude put razvoju kvantnih sustava koji se mogu skalirati do milijun kubita i koji su sposobni uhvatiti se u koštac s najsloženijim industrijskim i društvenim problemima.
Kako su pojasnili iz Microsofta, ova nova arhitektura korištena za razvoj procesora Majorana 1 nudi jasan put za postavljanje milijuna kubita na jedan čip koji može stati na nečiji dlan.
Ovo je potreban prag za kvantna računala za isporuku transformativnih rješenja u stvarnom svijetu – poput razgradnje mikroplastike u bezopasne nusproizvode ili izmišljanja samoizlječivih materijala za gradnju, proizvodnju ili zdravstvenu skrb. Sva trenutna svjetska računala koja rade zajedno ne mogu učiniti ono što će kvantno računalo od jednog milijuna kubita moći učiniti, ističu.
Što su topovodiči?
Topovodič ili topološki supravodič posebna je kategorija materijala koji može stvoriti potpuno novo stanje materije – ne čvrsto, tekuće ili plinovito, već topološko stanje. To je iskorišteno za proizvodnju stabilnijeg kubita koji je brz, malen i može se digitalno kontrolirati, bez kompromisa koje zahtijevaju trenutne alternative. U svom znanstvenom radu, objavljenom u časopisu Nature Microsoftovi znanstvenici opisali su kako su uspjeli stvoriti egzotična kvantna svojstva topološkog kubita i precizno ih izmjeriti, što je bitan korak za praktično računalstvo.
Ovaj napredak zahtijevao je razvoj potpuno nove skupine materijala od indijevog arsenida i aluminija, od kojih je većinu Microsoft dizajnirao i proizveo atom po atom. Cilj je bio nagovoriti nove kvantne čestice zvane Majorani na postojanje i iskoristiti njihova jedinstvena svojstva da dosegnu sljedeći horizont kvantnog računalstva, rekao je Microsoft.
Prva topološka jezgra na svijetu koja napaja Majoranu 1 pouzdana je po dizajnu, uključuje otpornost na pogreške na hardverskoj razini što je čini stabilnijom.
Komercijalno važne aplikacije također će zahtijevati trilijune operacija na milijun kubita, što bi bilo pretjerano uz trenutne pristupe koji se oslanjaju na fino podešenu analognu kontrolu svakog kubita. Novi mjerni pristup omogućuje digitalnu kontrolu kubita, redefinirajući i uvelike pojednostavljujući način na koji kvantno računalstvo funkcionira.
Majorane skrivaju kvantne informacije, čineći ih robusnijim, ali i težim za mjerenje. Novi pristup mjerenja Microsoftovog tima toliko je precizan da može detektirati razliku između jedne milijarde i jedne milijarde i jednog elektrona u supravodljivoj žici – što računalu govori u kakvom je stanju kubit i čini osnovu za kvantno izračunavanje.
Mjerenja se mogu uključiti i isključiti pomoću naponskih impulsa, poput pritiskanja prekidača za svjetlo, umjesto finog podešavanja kotačića za svaki pojedinačni kubit. Ovaj jednostavniji pristup mjerenju koji omogućuje digitalnu kontrolu pojednostavljuje proces kvantnog računanja i fizičke zahtjeve za izgradnju skalabilnog stroja.
Projektiranje kvantnih materijala atom po atom
Microsoftova topološka kubit arhitektura ima aluminijske nanožice spojene zajedno da tvore H. Svaki H ima četiri upravljive Majorane i čini jedan kubit. Ovi H-ovi se također mogu povezati i rasporediti po čipu poput toliko mnogo pločica.
Složeno je utoliko što smo morali pokazati novo stanje materije da bismo došli do toga, ali nakon toga, prilično je jednostavno. Popločava se. Imate mnogo jednostavniju arhitekturu koja obećava puno brži put do skaliranja, rekla je u objavi za medije Krysta Svore, Microsoftova tehnička suradnica.
Kvantni čip ne radi sam. Postoji u ekosustavu s kontrolnom logikom, hladnjakom za razrjeđivanje koji održava kubite na temperaturama mnogo nižim od svemirskih i softverskim paketom koji se može integrirati s umjetnom inteligencijom i klasičnim računalima.
Napraviti pravilno slaganje materijala za stvaranje topološkog stanja materije bio je jedan od najtežih dijelova, dodala je Svore. Umjesto silicija, Microsoftov topovodič napravljen je od indijevog arsenida, materijala koji se trenutno koristi u takvim aplikacijama kao što su infracrveni detektori i koji ima posebna svojstva. Poluvodič je spojen sa supravodljivošću, zahvaljujući ekstremnoj hladnoći, kako bi se napravio hibrid.
Mi doslovno prskamo atom po atom. Ti se materijali moraju savršeno uskladiti. Ako postoji previše nedostataka u hrpi materijala, to samo ubija vaš kubit, dodala je Svore.
Ironično, to je i razlog zašto nam treba kvantno računalo – jer je razumijevanje ovih materijala nevjerojatno teško. Sa skaliranim kvantnim računalom, moći ćemo predvidjeti materijale s još boljim svojstvima za izgradnju sljedeće generacije kvantnih računala izvan razmjera, rekla je.
Novo partnerstvo
Osim izrade vlastitog kvantnog hardvera, Microsoft se udružio s tvrtkama Quantinuum i Atom Computing kako bi postigao znanstvena i inženjerska otkrića s današnjim kubitima, uključujući prošlogodišnju najavu prvog pouzdanog kvantnog računala u industriji.
Ove vrste strojeva nude važne prilike za razvijanje kvantnih vještina, izgradnju hibridnih aplikacija i poticanje novih otkrića, osobito jer se AI kombinira s novim kvantnim sustavima koje će pokretati veći broj pouzdanih kubita.
Budući da mogu koristiti kvantnu mehaniku da matematički mapiraju kako se priroda ponaša s nevjerojatnom preciznošću – od kemijskih reakcija do molekularnih interakcija i enzimskih energija – strojevi od milijun kubita trebali bi moći riješiti određene vrste problema u kemiji, znanosti o materijalima i drugim industrijama koje je današnjim klasičnim računalima nemoguće točno izračunati.
Na primjer, mogli bi pomoći u rješavanjupitanja zašto materijali podliježu koroziji ili pucanju. To bi moglo dovesti do samozacjeljujućih materijala koji popravljaju pukotine na mostovima ili dijelovima zrakoplova, razbijene zaslone telefona ili izgrebana vrata automobila.
