Microsoft представила Majorana 1 — первый в мире квантовый процессор с топологическими кубитами, который может навсегда изменить вычислительные технологии. Этот чип способен вывести квантовые компьютеры на новый уровень, открыв путь к созданию материалов будущего, разработке революционных лекарств и решению экологических проблем. И главное — ждать десятилетия не придется, Microsoft обещает прорыв уже в ближайшие годы

Что такое топологический квантовый процессор?

В основе Majorana 1 лежит принципиально новый тип материала - топопроводник (topoconductor). Это гибридный материал, созданный путем соединения арсенида индия и алюминия при сверхнизких температурах. В нем возникает особое состояние материи - не твердое, не жидкое и не газообразное, а топологическое.

В этом состоянии становится возможным появление частиц Майораны - экзотических квантовых частиц, существование которых было предсказано итальянским физиком Этторе Майораной еще в 1937 году. До сих пор эти частицы существовали только в теории, и Microsoft первой удалось не только создать их, но и научиться управлять ими.

Почему это важно?

Главная проблема современных квантовых компьютеров - нестабильность кубитов. Квантовая информация очень хрупка и легко разрушается из-за любых помех из окружающей среды. Частицы Майораны обладают уникальным свойством: они могут "прятать" квантовую информацию, делая её устойчивой к помехам.

Кроме того, топологические кубиты Microsoft можно контролировать цифровым способом - простым включением и выключением напряжения, как обычный выключатель света. Это гораздо проще, чем тонкая аналоговая настройка, требуемая для других типов кубитов.

Как устроен Majorana 1?

Архитектура процессора построена на основе алюминиевых нанопроводов, соединенных в форме буквы "H". Каждая такая структура содержит четыре управляемые частицы Майораны и образует один кубит. Эти H-образные элементы можно соединять между собой и размещать на чипе как плитки.

На данный момент на чипе размещено 8 топологических кубитов. Это может показаться скромным числом, но важно понимать: главное достижение здесь - доказательство работоспособности концепции. Microsoft удалось:

1. Создать необходимый материал с нужными свойствами

2. Получить и измерить частицы Майораны

3. Использовать их для создания работающих кубитов

4. Разработать архитектуру, которая может масштабироваться

Путь к миллиону кубитов

Архитектура Majorana 1 спроектирована так, что позволяет разместить миллион кубитов на чипе размером с ладонь. Это не просто амбициозная цель - это необходимый порог для решения практически значимых задач.

По словам технического специалиста Microsoft Четана Найяка: "Что бы вы ни делали в квантовой области, вам нужен путь к миллиону кубитов. Если его нет, вы упретесь в стену до того, как достигнете масштаба, необходимого для решения действительно важных задач".

Практическое применение

Квантовый компьютер с миллионом стабильных кубитов сможет решать задачи, недоступные современным классическим компьютерам. Вот некоторые потенциальные применения:

1. Материаловедение:

   • Изучение процессов коррозии и растрескивания материалов

   • Разработка самовосстанавливающихся материалов для мостов, самолетов, экранов телефонов

   • Создание новых материалов с заданными свойствами

2. Экология:

   • Разработка катализаторов для разложения различных типов пластика

   • Создание эффективных методов переработки микропластика

   • Борьба с углеродным загрязнением

3. Биотехнологии:

   • Моделирование работы ферментов для медицины и сельского хозяйства

   • Повышение плодородия почв

   • Создание устойчивых к климатическим изменениям сельскохозяйственных культур

Технические детали

Разработка топопроводника потребовала беспрецедентной точности в создании материалов. Инженеры Microsoft наносили атомы буквально один за другим, добиваясь идеального выравнивания - любые дефекты в структуре материала могли сделать кубит нерабочим.

Измерительная система настолько точна, что может определить разницу между миллиардом и миллиардом плюс один электронов в сверхпроводящем проводе. Это позволяет считывать состояние кубита и формирует основу для квантовых вычислений.

Заключение

Публикация в журнале Nature подтверждает, что Microsoft не только создала частицы Майораны, но и научилась надежно измерять квантовую информацию с их помощью. Компания утверждает, что их подход позволит создать практически применимые квантовые компьютеры за годы, а не десятилетия.

Это достижение можно сравнить с изобретением транзистора для классических компьютеров. Как транзисторы сделали возможным создание современных смартфонов и компьютеров, так топопроводники могут стать основой для масштабируемых квантовых систем будущего.

Приглашаю вас подписаться на мой канал в telegram