Microsoft сделала шаг вперед в квантовых вычислениях, представив чип Majorana 1. Узнайте все его особенности и возможности!

В отличие от традиционных компьютеров, которые обрабатывают данные в виде нулей и единиц, квантовые компьютеры используют кубиты — единицы информации, способные находиться в состоянии суперпозиции нуля и единицы. Это открывает практически и теоретически новые горизонты для решения задач, на которые самым мощным суперкомпьютерам могут потребоваться годы вычислений.

На данный момент большинство современных квантовых компьютеров используются учеными и обычно содержат тысячи кубитов. Эта область технологий все еще молода и сталкивается с характерными для начального этапа ограничениями. Подобно ранним телефонам и картам памяти, квантовые компьютеры имеют большие размеры, требуют особых условий — охлаждения с помощью азота и гелия — и решают «узкие» задачи.

Технологическая компания Microsoft активно инвестирует в квантовые технологии, как и другие ведущие игроки индустрии: IBM и Google. 19 февраля 2025 года исследователи продемонстрировали компьютерный чип, функционирующий на основе топологических квантовых вычислений. Научные детали, касающиеся этого чипа, опубликованы в журнале Nature.

В топологическом кубите информация распределена по всей системе, а не хранится в отдельных частицах. Это делает такие кубиты более устойчивыми к шумам и ошибкам. Для функционирования топологических кубитов необходимы квазичастицы-энионы, которые представляют собой обобщение бозонов и фермионов в двумерных системах, название которых происходит от английского слова any — «любой».

Для работы чипа понадобились особые энионы — нулевые майорановские моды, которые представляют собой состояние майорановского фермиона с нулевой энергией. Майорановские фермионы являются своими собственными античастицами и названы в честь итальянского физика Этторе Майорана (Ettore Majorana), который предсказал их существование. По этой причине чип также получил название Majorana 1.

Исследователи смогли наблюдать на чипе слияние неабелевых энионов и оценить этот процесс с высокой точностью. Команда Microsoft также продемонстрировала архитектуру устройства, совместимую с будущими тестами правил слияния квазичастиц-энионов. На чипе удалось провести единичное (single-shot) интерферометрическое измерение фермионной четности в структуре на основе арсенида индия и алюминия (InAs–Al).

Ученые создали интерферометр на основе квантовых точек и подключенного к ним нанопровода, который находится под воздействием сверхпроводимости. Квантовые точки и провод не контактируют напрямую, соединение осуществляется туннельным способом. Рабочие температуры исследования колеблются от 50 до 300 милликельвин, что требует специального охлаждения.

Хотя полное существование нулевой майорановской моды еще не доказано, именно эти квазичастицы и топологические кубиты теоретически могут значительно продвинуть квантовые вычисления. В своей статье сотрудники Microsoft представили новые данные, подтверждающие существование необходимых энионов. Эти результаты должны быть проверены другими научными группами.

Чип был произведен в США и значительно меньше других современных квантовых чипов — вся структура помещается в ладони. Он состоит из восьми топологических кубитов.

Microsoft сразу представила свою разработку в потребительском дизайне. В компании уверены, что этот чип сделает квантовые вычисления достаточно надежными для практического применения.

Хотя чип является значительным шагом вперед, Microsoft признала, что еще предстоит 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».