„Microsoft“ mokslininkai paskelbė sukūrę pirmuosius topologinius kubitus įrenginyje, kuriame informacija saugoma egzotiškos būsenos medžiagoje, ir tai gali būti svarbus kvantinės kompiuterijos proveržis.
Kartu mokslininkai paskelbė straipsnį žurnale „Nature“ ir tolesnio darbo „planą“.
„Majorana 1“ procesoriaus konstrukcijoje turėtų tilpti iki milijono kubitų, kurių gali pakakti daugeliui svarbių kvantinės kompiuterijos tikslų įgyvendinti, pavyzdžiui, greičiau įveikti kriptografinius kodus ir kurti naujus vaistus bei medžiagas.
Jei „Microsoft“ teiginiai pasitvirtins, kompanija gali būti aplenkusi tokius konkurentus kaip „IBM“ ir „Google“, kurie šiuo metu, atrodo, pirmauja lenktynėse dėl kvantinio kompiuterio sukūrimo.
Tačiau recenzuojamame „Nature“ paskelbtame straipsnyje parodyta tik dalis to, ką teigė mokslininkai, o plane vis dar yra daug kliūčių, kurias reikia įveikti.
Nors „Microsoft“ pranešime spaudai demonstruojama kažkas, kas turėtų būti kvantinių kompiuterių techninė įranga, neturime jokio nepriklausomo patvirtinimo, ką ji gali padaryti. Nepaisant to, „Microsoft“ naujienos yra labai daug žadančios.
Dabar jums tikriausiai jau kilo keletas klausimų. Kas yra topologinis kubitas? Kas apskritai yra kubitas? Ir kodėl žmonės nori kvantinių kompiuterių?
Sudėtinga sukurti kvantinius bitus
Apie kvantinius kompiuterius pradėta svajoti devintajame dešimtmetyje. Įprastame kompiuteryje informacija saugoma bitais, o kvantiniame kompiuteryje – kvantiniais bitais, arba kubitais.
Paprastas bitas gali turėti 0 arba 1 reikšmę, o kvantinis bitas (dėl kvantinės mechanikos dėsnių, kuriais vadovaujasi labai mažos dalelės) gali turėti abiejų reikšmių kombinaciją.
Jei paprastą bitą įsivaizduojate kaip rodyklę, kuri gali būti nukreipta į viršų arba į apačią, tai kubitas yra rodyklė, kuri gali būti nukreipta bet kuria kryptimi (arba vadinamoji „superpozicija“, t. y. į viršų ir į apačią).
Tai reiškia, kad kvantinis kompiuteris būtų daug greitesnis už paprastą kompiuterį atliekant tam tikrus skaičiavimus, ypač susijusius su kodų iššifravimu ir gamtinių sistemų modeliavimu.
Kol kas viskas gerai. Tačiau paaiškėjo, kad sukurti tikrus kubitus ir į juos įvesti bei iš jų išvesti informaciją yra nepaprastai sunku, nes sąveika su išoriniu pasauliu gali sugriauti subtilias kvantines būsenas.
Mokslininkai išbandė daugybę skirtingų technologijų, kad sukurtų kubitus, naudodami tokius dalykus kaip atomai, įkalinti elektriniuose laukuose, arba srovės sūkuriai, besisukantys superlaidininkuose.
Mažyčiai laidai ir egzotiškos dalelės
„Microsoft“ savo topologinius kubitus kūrė visai kitaip. Ji panaudojo vadinamąsias Majoranos daleles, kurias 1937 m. pirmą kartą teoriškai pagrindė italų fizikas Ettore Majorana.
Majoranos nėra natūraliai egzistuojančios dalelės, tokios kaip elektronai ar protonai. Jos egzistuoja tik retos rūšies medžiagoje, vadinamoje topologiniu superlaidininku (tam reikia pažangios medžiagos konstrukcijos ir ją reikia atšaldyti iki itin žemos temperatūros).
Iš tiesų Majoranos dalelės yra tokios egzotiškos, kad paprastai jos studijuojamos tik universitetuose, o ne naudojamos praktikoje.
„Microsoft“ komanda teigia, kad jie panaudojo porą mažyčių laidų, kurių abiejuose galuose įstrigusi Majoranos dalelė, kad jie veiktų kaip kubitas. Mikrobangomis jie matuoja kubito vertę, kuri išreiškiama tuo, ar elektronas yra vienoje, ar kitoje vielutėje.
Pinti antgaliai
Kodėl „Microsoft“ skyrė visas šias pastangas? Nes sukeitus Majoranos dalelių padėtis (arba matuojant jas tam tikru būdu), jas galima „supinti“ taip, kad būtų galima matuoti be klaidų ir jos būtų atsparios išoriniams trukdžiams (tai yra „topologinė“ topologinių kubitų dalis).
Teoriškai kvantiniame kompiuteryje, pagamintame naudojant Majoranos daleles, gali visiškai nebūti kubitų klaidų, kurios vargina kitas konstrukcijas.
Štai kodėl „Microsoft“ pasirinko tokį iš pirmo žvilgsnio sudėtingą metodą. Kitos technologijos yra labiau linkusios į klaidas, o norint sukurti vieną patikimą „loginį kubitą“ gali tekti sujungti šimtus fizinių kubitų.
Vietoj to „Microsoft“ skyrė laiko ir išteklių Majoranos kubitams kurti. Nors kompanija vėluoja į „didįjį kvantinį vakarėlį“, tikisi, kad greitai pasivys.
Visada sulaukiama laimikio
Kaip visada, jei kas nors skamba pernelyg gerai, kad būtų tiesa, yra spąstų. Net ir Majoranos kvantiniame kompiuteryje, pavyzdžiui, „Microsoft“ paskelbtame kvantiniame kompiuteryje, viena operacija, vadinamoji „T-vartai“, nebus atliekama be klaidų.
Taigi, Majorana pagrįstas kvantinis lustas yra tik „beveik be klaidų“. Tačiau „T-vartų“ klaidų taisymas yra daug paprastesnis nei bendras klaidų taisymas kitose kvantinėse platformose.
„Microsoft“ stengsis tęsti savo veiksmų planą, nuolat kurdama vis didesnes kubitų kolekcijas.
Mokslo bendruomenė atidžiai stebės, kaip veiks „Microsoft“ kvantinių skaičiavimų procesoriai ir kaip jie veiks, palyginti su kitais jau sukurtais kvantinių skaičiavimų procesoriais.
Tuo pat metu viso pasaulio universitetuose bus tęsiami egzotiškų ir neaiškių Majoranos dalelių elgesio tyrimai.
