Microsoft показала первый квантовый процессор Majorana 1

В основе чипа лежит первый в мире топопроводник — прорывной материал, который может наблюдать и контролировать задействованы гипотетические частицы — фермионы Майораны для создания более надежных и масштабируемых кубитов. Microsoft утверждает, что эта новая архитектура предлагает четкий путь к размещению миллиона кубитов на одном чипе, который помещается на ладони.

Фермионы Майораны существуют лишь в теории. Это облака из сверхохлаждённых электронов, которые называют «модами нуль-энергии». Такие частицы еще не были зарегистрированы экспериментально. За последние годы физики научились создавать квазичастицы, близкие по свойствам к фермионам Майораны. Идею квантового компьютера на основе майорановских фермионов в 1990-х годах разработал физик Алексей Китаев.

Для создания квантового чипа разработчики применяли комбинацию арсенида индия и алюминиевых проводов. Кубиты имеют форму буквы H, на каждом ее конце в ловушках располагается по одному фермиону Майораны в виде группы электронов. Конструкция предлагает простое масштабирование, которое похоже на структуру транзисторов на полупроводниковых кристаллах. Сейчас процессор Majorana 1 содержит восемь таких кубитов, но к 2030 году планируется увеличить их число до нескольких сотен.

Квантовая платформа Microsoft требует криогенного охлаждения и взаимодействия с классическими компьютерами для обработки информации. Эта архитектура способна с высочайшей точностью регистрировать характеристики квазичастиц и управлять их состоянием. Однако до сих пор нельзя точно предсказать все свойства гипотетических майорановских фермионов. Для этого частицы должны быть чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям и защищены от ошибок, такие условия создать довольно трудно.

Квантовые компьютеры с миллионом кубитов смогут решать задачи в химии, материаловедении и других отраслях, которые не под силу современным классическим компьютерам. Например, они могут помочь решить вопрос коррозии материалов, разработать самовосстанавливающиеся материалы или найти катализаторы для разложения микропластика. По словам представителей Microsoft, этот прорыв стал возможен благодаря 17-летней исследовательской программе, направленной на создание нового материала и архитектуры для квантовых вычислений.