Microsoft випустила свій перший квантовий процесор Majorana 1

Microsoft анонсувала свій перший чип для квантових обчислень - Majorana 1. При тому, що компанія займається цією тематикою вже більше 20 років.

 

В Редмонді вважають, що квантові комп'ютери одного дня зможуть ефективно вирішувати проблеми, які для класичних комп'ютерів були б обтяжливими, якщо й зовсім неможливими. 

 

Слід зазначити, що Google та IBM вже мають свої квантові процесори. Розробляють такі компоненти й менші компанії, такі як IonQ та Rigetti Computing. 

 

Підкреслюється, що Majorana 1 - перший у світі квантовий процесор на основі архітектури топологічного ядра, що є значним кроком на шляху до відмовостійких квантових обчислень утилітарного масштабу. 

 

Чип використовує тетронні кубіти - топологічні кубіти, побудовані на нульових режимах Майорана (Majorana zero modes, MZM) - для досягнення стабільності та масштабованості. 

 

В основі Majorana 1 лежить гетероструктура надпровідник-напівпровідник, що поєднує арсенід індію та алюміній. Цей «топопровідниковий» ("topoconductor") матеріал дозволяє точно керувати MZM, екзотичними квантовими частинками, які кодують інформацію нелокально, що робить їх стійкими до шуму та помилок. 

 

Конструкція, детально описана в Nature, розташовує MZM в Н-подібних нанодротах, утворюючи двосторонні тетрони, які пригнічують помилки в геометричній прогресії завдяки трьом факторам: відношенню топологічного зазору до температури, довжини дроту до довжини когерентності та високій точності мікрохвильового зчитування. Microsoft стверджує, що топопровідник може «створити абсолютно новий стан матерії - не твердий, рідкий чи газовий, а топологічний».

 

На відміну від звичайних кубітів, які потребують аналогового налаштування, архітектура Microsoft використовує цифрові імпульси напруги для стійких до помилок операцій, заснованих на вимірюваннях. Такий підхід спрощує масштабування, оскільки сучасний чип містить вісім тетронів і підтримує протоколи для квантового виявлення помилок, такі як коди Гастінгса-Хаах-Флоке та сходинкові коди, описані в технічній дорожній карті Microsoft. Ці коди покладаються на одно- і двокубітні вимірювання Паулі, характерні для тетронів, для виявлення і виправлення помилок без складних послідовностей воріт. 

 

Програма US2QC Агентства DARPA підтвердила, що стратегія Microsoft «топологія в першу чергу» мінімізує накладні витрати, дозволяючи майбутній системі на мільйон кубітів бути достатньо компактною, щоб поміститися в центрах обробки даних Azure.

Система вимірювання квантової ємності мікросхеми виявляє зміну парності за мікросекунди, забезпечуючи критично важливе для відмовостійкості співвідношення сигнал/шум. Застосування охоплює розробку каталізаторів для розщеплення забруднюючих речовин, оптимізацію ферментів для сільського господарства та моделювання нових матеріалів. 

 

Заявленj, що Majorana 1 - це крок до мети в мільйон кубітів на чипі, що є результатом масштабних фізичних досліджень.

 

Microsoft виробляє чипи Majorana 1 самостійно в США. 

 

«Ми хочемо досягти декількох сотень кубітів, перш ніж почнемо говорити про комерційну надійність», - заявив Джейсон Зандер (Jason Zander), виконавчий віцепрезидент Microsoft, в інтерв'ю CNBC.

 

Компанія співпрацюватиме з національними лабораторіями та університетами над дослідженнями з використанням Majorana 1. 

 

Хмарний сервіс Microsoft Azure Quantum, який зараз дозволяє розробникам експериментувати з програмами та алгоритмами, пропонує доступ до чіпів від IonQ і Rigetti. Цілком можливо, що квантовий чіп Microsoft може стати доступним через Azure до 2030 року, сказав Зандер. «Існує багато спекуляцій про те, що до цього ще десятиліття, - зазначив він. - Ми вважаємо, що скоріше мова йде про роки».

 

Замість того, щоб існувати як окрема категорія, квантові обчислення можуть в кінцевому підсумку сприяти розвитку інших підрозділів Microsoft. Наприклад, бізнесу у сфері штучного інтелекту, річний дохід якого перевищує 13 мільярдів доларів. За словами Джейсона Зандера, квантові комп'ютери можуть бути використані для створення даних, які використовуються для навчання моделей АІ.