Majorana 1: Przełom Microsoftu w dziedzinie obliczeń kwantowych

Kwantowy układ obliczeniowy Majorana 1. Źródło: Microsoft

Microsoft zaprezentował Majorana 1, przełomowy kwantowy układ obliczeniowy, który obiecuje przyspieszyć drogę do odpornych na błędy obliczeń kwantowych. Dzięki wykorzystaniu topologicznych kubitów opartych na fermionach Majorana, układ ten stanowi duży skok w zakresie stabilności, korekcji błędów i skalowalności. Jeśli się powiedzie, może skrócić czas potrzebny do osiągnięcia praktycznych obliczeń kwantowych z dziesięcioleci do zaledwie kilku lat.

Czym jest Majorana 1?

Majorana 1 to pierwszy na świecie układ kwantowy zbudowany w oparciu o topologiczną architekturę rdzenia. W przeciwieństwie do konwencjonalnych procesorów kwantowych, które opierają się na nadprzewodzących lub uwięzionych kubitach, Majorana 1 wykorzystuje fermiony Majorany, subatomowe cząstki wynalezione w 1937 roku przez fizyka Ettore Majoranę. Te unikalne cząstki umożliwiają zupełnie inne podejście do obliczeń, które jest z natury bardziej stabilne i odporne na błędy.

Kwantowy układ obliczeniowy Majorana 1. Źródło: Microsoft

Jak Majorana 1 wypada na tle istniejących technologii kwantowych

W przeciwieństwie do tradycyjnych kubitów, które cierpią z powodu wysokiej podatności na zakłócenia środowiskowe, kubity oparte na Majoranie są chronione topologicznie, co czyni je znacznie bardziej odpornymi na błędy. Ta zaleta znacznie zmniejsza potrzebę stosowania złożonych mechanizmów korekcji błędów.

Znaczenie naukowe i technologiczne

Microsoft spędził 17 lat na rozwijaniu technologii kwantowej opartej na Majoranie, co spotkało się ze sceptycyzmem branży. Inwestycje firmy w naukę o materiałach doprowadziły do stworzenia zupełnie nowej klasy materiałów zwanych topoprzewodnikami. Materiały te ułatwiają stabilność zerowych modów Majorany, które służą jako podstawa obliczeń w Majoranie 1.

Chip został opracowany przy użyciu zaawansowanego stosu materiałów składającego się z arsenku indu i aluminium. Stos ten został starannie wyprodukowany atom po atomie, aby zapewnić optymalne warunki do pojawienia się i niezawodnego działania cząstek Majorany.

Potencjalne zastosowania Majorany 1

1. Nauka o materiałach

• Rozwój samonaprawiających się materiałów do budowy i produkcji.
• Projektowanie katalizatorów, które rozkładają mikrodrobiny plastiku na nieszkodliwe produkty uboczne.
• Symulacja nowych składów chemicznych baterii w celu dłuższego i wydajnego magazynowania energii.

2. Opieka zdrowotna i odkrywanie leków

• Dokładniejsze symulacje zachowania enzymów w celu przyspieszenia badań nad lekami.
• Testy leków in silico z precyzją na poziomie molekularnym.
• Rozwój upraw odpornych na zmiany klimatu dzięki zaawansowanemu modelowaniu genetycznemu.

3. Sztuczna inteligencja i obliczenia

• Ulepszanie modeli sztucznej inteligencji poprzez szkolenie wspomagane kwantowo.
• Rozwiązywanie złożonych problemów optymalizacyjnych w logistyce i finansach.
• Umożliwienie obliczeń neuromorficznych dla bardziej wydajnych architektur sztucznej inteligencji inspirowanych mózgiem.

4. Zastosowania środowiskowe

• Katalizowany kwantowo rozkład mikrodrobin plastiku.
• Odkrycie nadprzewodników o temperaturze pokojowej w celu zrewolucjonizowania przesyłu energii.

Kwantowy układ obliczeniowy Majorana 1. Źródło: Microsoft

Obecny stan i perspektywy na przyszłość

Majorana 1 wciąż znajduje się w fazie badań. Obecny prototyp zawiera zaledwie osiem kubitów, znacznie mniej niż konkurenci tacy jak Google i IBM. Jednak architektura Topological Core firmy Microsoft została zaprojektowana z myślą o skalowaniu domiliona kubitów, torując drogę do prawdziwie praktycznego komputera kwantowego.

Microsoft ogłosił plany integracji Majorana 1 ze swoją platformą Azure Quantum do 2030 roku, umożliwiając naukowcom i przedsiębiorstwom eksperymentowanie z jego możliwościami. Ponadto Departament Obrony Stanów Zjednoczonych wybrał Microsoft jako jednego z kluczowych partnerów w swoim programie obliczeń kwantowych, co dodatkowo potwierdza znaczenie tego przełomu.

Podsumowanie

Majorana 1 reprezentuje zmianę paradygmatu w obliczeniach kwantowych. Dzięki topologicznie chronionym kubitom obiecuje bardziej stabilne, skalowalne i odporne na błędy podejście do przetwarzania kwantowego. Choć wciąż znajduje się na wczesnym etapie rozwoju, jego potencjalne zastosowania w sztucznej inteligencji, medycynie, materiałoznawstwie i rozwiązaniach środowiskowych mogą być przełomowe.

Inwestując prawie dwie dekady w badania o wysokim ryzyku i wysokich zyskach, Microsoft stał się liderem w wyścigu kwantowym. W miarę dojrzewania technologii możemy zobaczyć, jak obliczenia kwantowe oparte na Majoranie stają się kluczowym elementem w rozwiązywaniu niektórych z najpilniejszych wyzwań na świecie.

Źródło: Microsoft