Компания Microsoft совершила прорыв в квантовых технологиях, представив Majorana 1 — первый в мире квантовый процессор (QPU), основанный на топопроводниках. Это устройство способно хранить и обрабатывать квантовую информацию с высокой степенью защиты от внешних воздействий, что открывает путь к созданию масштабируемых квантовых компьютеров.
Топопроводники представляют собой новый класс материалов, обладающих топологической сверхпроводимостью. Они объединяют арсенид индия (полупроводник) и алюминий (сверхпроводник), а при охлаждении почти до абсолютного нуля и настройке с помощью магнитных полей формируют квантовые состояния, известные как нулевые моды Майораны (MZM). Эти квазичастицы ранее существовали только в теоретических моделях, но теперь стали реальностью.
Ключевая особенность Majorana 1 заключается в способе хранения квантовой информации. В обычных сверхпроводниках неспаренный электрон можно обнаружить, так как его присутствие требует дополнительной энергии. В топопроводниках этот электрон распределяется между парой MZM, что делает его невидимым для окружающей среды и защищает квантовое состояние от разрушения. Однако эта же особенность создаёт сложность при считывании информации.
Для решения этой задачи Microsoft разработала метод измерения состояния кубитов:
- Оба конца нанопроволоки соединяются с квантовой точкой — крошечным полупроводниковым устройством, способным накапливать электрический заряд.
- Это соединение изменяет ёмкость квантовой точки, причём степень изменения зависит от четности системы.
- Затем измеряется, как микроволны отражаются от точки, неся в себе информацию о состоянии нанопроволоки.
- Изменения оказываются достаточно значительными для точного измерения, а вероятность ошибки в первоначальных тестах составила всего 1%.
Разработчики уверены, что Majorana 1 откроет путь к квантовым вычислениям промышленного масштаба, позволяя решать сложные задачи за годы, а не десятилетия. Это первый в мире квантовый процессор, рассчитанный на миллион кубитов на одном чипе. Microsoft прогнозирует, что такие системы смогут предложить решения для глобальных проблем, включая разложение микропластика, создание самовосстанавливающихся материалов и применение новых технологий в медицине и промышленности.
