Ένα επαναστατικό νέο τσιπ φέρνει την κβαντική πληροφορική πιο κοντά από ποτέ, σύμφωνα με τη Microsoft, σηματοδοτώντας ενδεχομένως μια νέα εποχή τεχνολογικής καινοτομίας που θα επιτρέψει την επίλυση κρίσιμων παγκόσμιων προβλημάτων.
Το Majorana 1, το νέο κβαντικό τσιπ της Microsoft που αποκαλύφθηκε την προηγούμενη εβδομάδα, είναι το πρώτο στον κόσμο που βασίζεται στη νέα αρχιτεκτονική Topological Core. Η εταιρεία εκτιμά ότι θα επιτρέψει την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών ικανών να επιλύουν σύνθετα προβλήματα βιομηχανικής κλίμακας μέσα σε λίγα χρόνια, αντί για δεκαετίες.
Το τσιπ αξιοποιεί τον πρώτο topoconductor στον κόσμο, ένα νέο επαναστατικό υλικό που μπορεί να ελέγχει τα σωματίδια Majorana για τη δημιουργία πιο αξιόπιστων και επεκτάσιμων qubits – των βασικών μονάδων επεξεργασίας των κβαντικών υπολογιστών.
Όπως οι ημιαγωγοί άνοιξαν τον δρόμο για τους σύγχρονους υπολογιστές και τα smartphones, έτσι και οι topoconductors υπόσχονται να επιτρέψουν την ανάπτυξη κβαντικών συστημάτων που μπορούν να επεκταθούν σε ένα εκατομμύριο qubits, παρέχοντας λύσεις σε προβλήματα μεγάλης κλίμακας που σήμερα παραμένουν άλυτα.
Ο Chetan Nayak, τεχνικός διευθυντής της Microsoft, δήλωσε:
“Κάναμε ένα βήμα πίσω και αναρωτηθήκαμε: Πώς πρέπει να είναι το τρανζίστορ της κβαντικής εποχής; Αυτή η σκέψη μας οδήγησε στη νέα μας αρχιτεκτονική, βασισμένη στην ποιότητα και τη μοναδική σύνθεση των νέων μας υλικών.”
Η νέα αυτή προσέγγιση επιτρέπει την κατασκευή ενός κβαντικού τσιπ με ένα εκατομμύριο qubits που χωράει στην παλάμη του χεριού μας – ένα κρίσιμο όριο που θα επιτρέψει την υλοποίηση πραγματικών εφαρμογών.
Για παράδειγμα, ένας τέτοιος κβαντικός υπολογιστής θα μπορούσε:
“Οτιδήποτε γίνεται στον χώρο της κβαντικής υπολογιστικής πρέπει να έχει έναν ξεκάθαρο δρόμο προς το ένα εκατομμύριο qubits. Διαφορετικά, δεν θα φτάσουμε ποτέ στην κλίμακα όπου μπορούν να επιλυθούν τα πραγματικά σημαντικά προβλήματα,” τονίζει ο Nayak.
Ο topoconductor είναι ένας ειδικός τύπος υλικού που δημιουργεί μια νέα κατάσταση της ύλης – όχι στερεό, υγρό ή αέριο, αλλά τοπολογική κατάσταση. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία πιο σταθερών qubits, τα οποία ελέγχονται ψηφιακά χωρίς τις δυσκολίες των σημερινών προσεγγίσεων.
Σύμφωνα με τη Microsoft, η ανάπτυξη αυτού του νέου υλικού έγινε άτομο προς άτομο, χρησιμοποιώντας αρσενίδιο του ινδίου και αλουμίνιο. Ο στόχος ήταν η δημιουργία των σωματιδίων Majorana, που θα αποτελούσαν τη βάση για πιο σταθερούς κβαντικούς υπολογιστές.
Η Microsoft είναι μία από τις δύο εταιρείες που επιλέχθηκαν να περάσουν στην τελική φάση του προγράμματος US2QC της DARPA, το οποίο στοχεύει στην ανάπτυξη του πρώτου εμπορικά χρήσιμου και ανθεκτικού σε σφάλματα κβαντικού υπολογιστή.
Η εταιρεία συνεργάζεται επίσης με τις Quantinuum και Atom Computing για την επίτευξη νέων επιστημονικών και μηχανικών επιτευγμάτων στον τομέα των κβαντικών συστημάτων.
Οι κβαντικοί υπολογιστές μπορούν να χαρτογραφήσουν με εκπληκτική ακρίβεια τη συμπεριφορά της φύσης – από τις χημικές αντιδράσεις μέχρι την αλληλεπίδραση των μορίων. Αυτό σημαίνει ότι:
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα είναι ότι οι επιστήμονες και οι μηχανικοί θα μπορούν να σχεδιάζουν τέλεια τα υλικά και τα προϊόντα τους από την πρώτη προσπάθεια.
“Ο κβαντικός υπολογιστής μαθαίνει στην AI τη γλώσσα της φύσης, ώστε η AI να μπορεί να δώσει κατευθείαν τη σωστή απάντηση,” εξηγεί ο Matthias Troyer, τεχνικός διευθυντής της Microsoft.
Τα qubits είναι εξαιρετικά ευαίσθητα και επιρρεπή σε σφάλματα, γεγονός που αποτελεί τη μεγαλύτερη πρόκληση της κβαντικής υπολογιστικής.
Η Microsoft ακολούθησε μια διαφορετική προσέγγιση: αντί να χρησιμοποιήσει τις υπάρχουσες τεχνολογίες, ανέπτυξε τα δικά της τοπολογικά qubits, τα οποία είναι πολύ πιο σταθερά και απαιτούν λιγότερη διόρθωση σφαλμάτων.
Το βασικό πρόβλημα ήταν ότι τα σωματίδια Majorana δεν υπάρχουν στη φύση – έπρεπε να δημιουργηθούν από το μηδέν. Μετά από δύο δεκαετίες έρευνας, η Microsoft όχι μόνο τα δημιούργησε, αλλά και ανέπτυξε μια αξιόπιστη μέθοδο μέτρησής τους.
Το Majorana 1 είναι ένα μικροσκοπικό τσιπ που χωράει στην παλάμη του χεριού μας, ενσωματώνοντας τόσο qubits όσο και τα απαραίτητα ηλεκτρονικά ελέγχου. Αυτό το καθιστά εύκολα αναπτύξιμο στα data centers του Azure, φέρνοντας την κβαντική υπολογιστική ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματική χρήση.
