Przełom w komputerach kwantowych. Microsoft pracował nad tym 17 lat

Komputery kwantowe to nowoczesne urządzenia, które działają inaczej niż zwykłe komputery. Wykorzystują zasady fizyki kwantowej, dzięki czemu mogą wykonywać bardzo skomplikowane obliczenia dużo szybciej. Zamiast zwykłych bitów (0 i 1) używają kubitów, które mogą być jednocześnie w dwóch stanach naraz. 

W przyszłości komputery kwantowe mogą pomóc w tworzeniu lepszej sztucznej inteligencji, bezpieczniejszej kryptografii czy nowych leków. Choć jeszcze wymagają ulepszeń, ich rozwój może zmienić wiele dziedzin technologii i nauki. 

Microsoft twierdzi, że poświęcił 17 lat na projekt badawczy, którego celem było stworzenie nowego materiału do budowy procesorów kwantowych. 

W tradycyjnych komputerach kwantowych do przechowywania i przetwarzania informacji używa się elektronów, które pełnią rolę nośników kubitów. Jednak ze względu na swoją niewielką masę i ładunek elektryczny są one podatne na zakłócenia ze strony otoczenia, takie jak drgania termiczne czy pola elektromagnetyczne. Niestabilne działanie może powodować błędy w obliczeniach, co utrudnia stabilne i dokładne działanie komputerów. 

Jak opisuje serwis The Verge, Microsoft wykorzystał do budowy swojego procesora kwantowego cząstki Majorany, które w 1937 r. opisał fizyk teoretyczny Ettore Majorana. Firma twierdzi, że dzięki temu osiągnęła przełomowy kamień milowy, tworząc „pierwszy na świecie topoprzewodnik” – nowy typ materiału, który nie tylko umożliwia obserwację cząstek Majorany, ale także ich kontrolowanie. 

Microsoft stworzył nowy materiał łączący arsenek indu (półprzewodnik) i aluminium (nadprzewodnik). Po schłodzeniu go do temperatury bliskiej zera absolutnego i dostrojeniu za pomocą pól magnetycznych uzyskano unikalne właściwości kwantowe. Szczegóły tego odkrycia opisano w artykule naukowym opublikowanym w czasopiśmie Nature.

Nowa konstrukcja pozwoliła na opracowanie procesora Majorana 1 - pierwszej na świecie jednostki przetwarzania kwantowego (QPU), która została oprata na rdzeniu topologicznym. Inżynierowie umieścili w prototypowym chipie osiem topologicznych kubitów.

Nowa architektura została zaprojektowana z myślą o dalszym skalowaniu – konstruktorzy zapowiadają, że w jednym układzie będzie można umieścić nawet milion kubitów. Nawet najpotężniejsze dzisiejsze superkomputery nie są w stanie dokładnie przewidzieć procesów kwantowych, które kształtują właściwości materiałów niezbędnych dla naszej przyszłości. Opracowanie nowego chipu mogłoby umożliwić przeprowadzenie dokładniejszych symulacji, przyczyniając się do przełomowych odkryć w medycynie i nauce o materiałach. 

Agencja DARPA, odpowiadająca za rozwój nowych technologii i badań w dziedzinie obronności USA, wybrała Microsoft jako jedną z dwóch firm, które zaprojektują skalowalne komputery kwantowe. Firma deklaruje, że jest w stanie stworzyć prototyp komputera kwantowego odpornego na błędy w ciągu kilku lat, a nie dekad – jest to kluczowy krok przyspieszający rozwój obliczeń kwantowych na skalę przemysłową.