Microsoft заявила о крупном квантовом прорыве: так ли это и что на самом деле изобрела компания

Исследователи из Microsoft объявили о создании первых «топологических кубитов» в устройстве, которое хранит информацию в экзотическом состоянии материи. Это может стать значительным прорывом в области квантовых вычислений.

Они также опубликовали статью в Nature и «дорожную карту» для дальнейшей работы. Предполагается, что конструкция процессора Majorana 1 будет вмещать до миллиона кубитов, чего может быть достаточно для реализации многих важных целей квантовых вычислений, таких как взлом криптографических кодов и более быстрое проектирование новых лекарств и материалов.

Если заявления Microsoft подтвердятся, компания, возможно, опередит таких конкурентов, как IBM и Google, которые в настоящее время, по всей видимости, лидируют в гонке за создание квантового компьютера. Однако статья в журнале Nature отражает лишь часть заявлений исследователей, а дорожная карта по-прежнему включает в себя множество препятствий, которые предстоит преодолеть.

Хотя пресс-релиз Microsoft демонстрирует нечто, что, как предполагается, является квантовым вычислительным оборудованием, у нас нет независимого подтверждения того, что оно может делать. Тем не менее, новости от Microsoft очень многообещающие.

Квантовые компьютеры впервые были придуманы в 1980-х годах. Там, где обычный компьютер хранит информацию в битах, квантовый компьютер хранит информацию в квантовых битах — или кубитах.

Обычный бит может иметь значение 0 или 1, но квантовый бит (благодаря законам квантовой механики, которые управляют очень малыми частицами) может иметь комбинацию обоих значений. Если представить себе обычный бит как стрелку, которая может указывать либо вверх, либо вниз, то кубит — это стрелка, которая может указывать в любом направлении (или то, что называется суперпозицией вверх и вниз).

Это означает, что квантовый компьютер будет намного быстрее обычного для определенных видов вычислений, особенно тех, которые связаны с расшифровкой кодов и моделированием природных систем. Создание настоящих кубитов и передача информации в них и из них чрезвычайно сложны, поскольку взаимодействие с внешним миром может разрушить тонкие квантовые состояния внутри.

Исследователи перепробовали множество различных технологий для создания кубитов, используя атомы, захваченные электрическими полями, или вихри тока, закрученные в сверхпроводниках.

Microsoft применила совершенно иной подход к созданию своих «топологических кубитов». Они использовали так называемые частицы Majorana, впервые теоретически предложенные в 1937 году итальянским физиком Этторе Майораной.

Majorana не являются естественными частицами, такими как электроны или протоны. Вместо этого они существуют только внутри редкого вида материала, называемого топологическим сверхпроводником (который требует передовой разработки материала и должен быть охлажден до чрезвычайно низких температур). Их обычно изучают только в университетах, а не используют на практике.

Команда Microsoft говорит, что они использовали пару крошечных проводов, каждый с частицей Majorana, захваченной на каждом конце, чтобы действовать как кубит. Они измеряют значение кубита — выраженное посредством того, находится ли электрон в одном проводе или в другом — с помощью микроволн.

Меняя местами майорановские частицы или измеряя их определенным образом, их можно «сплести», чтобы их можно было измерить без ошибок и чтобы они были устойчивы к внешнему вмешательству. (Это «топологическая» часть «топологических кубитов»).

Теоретически квантовый компьютер, созданный с использованием частиц Majorana, может быть полностью свободен от ошибок кубитов, которые имеются у других конструкций. Вот почему Microsoft выбрала такой, казалось бы, трудоемкий подход.

Другие технологии более подвержены ошибкам, и для создания одного надежного «логического кубита» может потребоваться объединить сотни физических кубитов. Вместо этого Microsoft вложила свое время и ресурсы в разработку кубитов на основе Majorana.

Даже для квантового компьютера на базе Majorana, такого как анонсированный Microsoft, одна операция, известная как T-gate, не будет достижима без ошибок. Таким образом, квантовый чип на базе Majorana является лишь «почти безошибочным». Однако их исправление гораздо проще, чем общее исправление ошибок других квантовых платформ.

Ранее компания представила новейшее пополнение семейства генеративных моделей ИИ Phi. Microsoft утверждает, что модель, получившая название Phi-4, превосходит своих предшественников в нескольких областях, особенно в решении математических задач. Этого удалось добиться благодаря более высокому качеству обучающих данных.