Microsoft зробила крок у гонці квантових обчислень. Розкриваємо деталі про чіп Majorana 1.

На відміну від звичайних комп'ютерів, які обробляють інформацію у вигляді одиниць і нулів, квантові комп'ютери використовують кубіти — одиниці інформації, здатні перебувати в суперпозиції нуля і одиниці. Це практично і теоретично дозволяє вирішувати за допомогою квантових технологій задачі, на які найпотужнішим суперкомп'ютерам потрібні роки обчислювальної роботи.

Більшість сучасних квантових комп'ютерів використовуються вченими і в кращому випадку містять тисячі кубітів. Це дуже молода сфера технологій з притаманними цьому етапу обмеженнями. Як ранні телефони та картки пам'яті, квантові комп'ютери великі, вимагають спеціальних умов — охолодження азотом і гелієм — і вирішують «вузькі» задачі.

Технологічна компанія Microsoft інвестує в квантові технології, як і інші гіганти індустрії: IBM і Google. У середу, 19 лютого 2025 року, дослідники продемонстрували комп'ютерний чіп, що працює з топологічними квантовими обчисленнями. Супутні чіпу наукові деталі опубліковані в журналі Nature.

У топологічному кубіті інформація розподілена по всій системі, а не зберігається в окремих частинках. Через це такі кубіти більш стійкі до шумів і помилок. Для роботи топологічних кубітів потрібні квазічастинки-енійони. Це узагальнення для бозонів і ферміонів у двовимірних системах, назва походить від англійського any — «будь-який» в перекладі на українську.

Для роботи чіпа понадобилися особливі еніони — нульові майорановські моди, стан майорановського ферміона з нульовою енергією. Майорановські ферміони є своєю ж античастинкою і носять ім'я італійського фізика Етторе Майорана (Ettore Majorana), який передбачив їх існування. Через це чіп також назвали Majorana 1.

Дослідники змогли спостерігати на чіпі злиття неабелевих еніонів і оцінити цей процес з високою точністю вимірювань. Команда Microsoft також продемонструвала архітектуру пристрою, сумісну з майбутніми тестами правил злиття квазічастинок-енійонів. На чіпі вдалося провести одиничне (single-shot) інтерферометричне вимірювання ферміонної парності в структурі на основі арсеніду індію та алюмінію (InAs–Al).

Вчені сформували інтерферометр на основі квантових точок і підключеного до них нанопроводу, що знаходиться під впливом надпровідності. Квантові точки і провід не вступають у прямий контакт, з'єднання тунельне. Робочі температури дослідження — від 50 до 300 мілікельвін, для їх досягнення необхідно спеціальне охолодження.

Повністю існування нульової майорановської моди не доведено, проте саме ці квазічастинки і топологічні кубіти теоретично можуть значно просунути квантові обчислення. У своїй статті співробітники Microsoft представили нові дані, що підтверджують існування потрібного еніона. Їх належить перевірити іншим науковим групам.

Чіп виготовили в США, він значно менший за інші сучасні квантові чіпи — вся структура поміщається в долоні. У ньому вісім топологічних кубітів.

Microsoft відразу представила свою розробку в споживчому дизайні. У компанії вважають, що цей чіп зробить квантові обчислення достатньо надійними для практичного використання.

Хоча чіп є значним кроком вперед, Microsoft визнала, що попереду ще багато інженерної роботи, перш ніж квантові комп'ютери стануть практичними інструментами. Компанія стверджує, що цей прорив може зробити таку реальність можливим протягом «років, а не десятиліть».