Microsoft, шинэ бүтээлээ танилцуулж байна Majorana 1 квант процессор нь сая кубитын квант чип рүү хүрэх боломжтой замыг тодорхойлсон. Гэхдээ материйн энэхүү шинэ төлөв нь үнэхээр квант тооцоололд нээлт болж байна уу, эсвэл түүний хувьслын бас нэг алхам мөн үү?

Квантын тооцоолол нь орчин үеийн хамгийн хүчирхэг суперкомпьютеруудад ч хүрч чадахгүй байгаа асуудлыг шийдэх ирээдүйтэй шийдлүүдийг амлаж, технологийн дараагийн хил гэж тооцогддог. Гэсэн хэдий ч судлаачид дуу чимээ, тогтворгүй байдал, өргөтгөх чадварын асуудалд автахгүй, квант мэдээллийн үндсэн нэгж болох кубитийн нарийн төвөгтэй физикийг зохицуулах системийг хэрхэн бүтээх вэ гэсэн үндсэн сорилттой олон жилийн турш тэмцсээр ирсэн.

Microsoft одоо түүний хамт шинэ чиглэл тогтоосон гэж мэдэгддэг Majorana 1 чип нь Топологийн үндсэн архитектур гэж нэрлэгддэг шинэлэг зүйл юм. Стандарт хагас дамжуулагч эсвэл хэт дамжуулагч материалаар хийсэн ердийн кубитээс ялгаатай нь Majorana 1 огт өөр зүйл дээр тулгуурладаг - топологийн дамжуулагч. Эдгээр материалууд нь уламжлалт хатуу, шингэн эсвэл хийн төлөвөөс ялгаатай топологийн үе шат болох материйн шинэ төлөвийг үүсгэж болно.

Гэхдээ энэ яагаад чухал вэ? Хамгийн гол нь квант физикийн салбараас гадуур хэн нэгэн яагаад анхаарах ёстой гэж? Квантын тооцооллын боломж нь судалгааны лабораториос хол давсан бөгөөд өөрийгөө эдгээх барилгын материал боловсруулахаас эхлээд хуванцарыг хоргүй дайвар бүтээгдэхүүн болгон задалдаг катализаторыг оновчтой болгох хүртэл бүх зүйлд нөлөөлдөг. Microsoft хамт гэдэгт итгэдэг Majorana 1, эдгээр нээлтүүд хэдэн арван жилийн дотор биш хэдэн жилийн дотор бодит байдал болж чадна.

Мөн уншина уу: Үүнийг ашиглах эсвэл алдах: AI хүний ​​сэтгэлгээг хэрхэн өөрчилдөг вэ?

Кубуудыг дахин нэг харлаа

Гол нь Microsoft's progress нь шинэ топологийн дамжуулагч материал юм. Индиум арсенид (хагас дамжуулагч) ба хөнгөн цагаан (хэт дамжуулагч) зэргээс бүтээгдсэн энэ нь нэг судлаачийн хэлснээр "атомоор шууд утгаараа угсарсан атом" юм. Үр дүн нь мажорана фермион гэгддэг, баригдашгүй квант бөөмсийг хадгалах чадвартай, хэт цэвэр орчин юм.

Мажорана фермионууд нь онолын хувьд квант мэдээллийг хадгалах хамгийн найдвартай аргуудын нэг юм. Тэдний өвөрмөц шинж чанарууд нь өгөгдлийг хүрээлэн буй орчны чимээ шуугианаас хамгаалж, эмзэг квант төлөвийг хадгалахад тусалдаг. Уламжлалт кубитууд нь маш мэдрэмтгий бөгөөд задралд өртөмтгий байдаг - гадны хөндлөнгийн нөлөөгөөр квант төлөвүүд задардаг процесс. Тэнэмэл цахилгаан соронзон дохио, температурын хэлбэлзэл, бие махбодийн өчүүхэн тасалдал зэрэг бага зэргийн эвдрэлүүд ч алдаа үүсгэж болно. Энэхүү төрөлхийн хэврэг байдал нь тогтвортой, өргөтгөх боломжтой квант компьютер бүтээхэд томоохон саад бэрхшээл байсаар ирсэн.

Microsoft одоо үүнийг баталж байна Majorana 1-д суурилсан топологийн кубитууд нь техник хангамжийн түвшний алдааг тэсвэрлэх чадварыг санал болгож, тогтвортой байдлыг кубитийн загварт үр дүнтэй нэгтгэдэг. Энгийнээр хэлбэл, энэ нь квант компьютерийг илүү практик болгож, масштаблахад хялбар болгоно.

"Бид нэг алхам ухарч,"Квантын эрин үеийн транзистор ямар байх байсан бэ? Энэ нь ямар шинж чанартай байх ёстой вэ?" гэж Техникийн ажилтан Четан Наяк хэлэв Microsoft. "Бидний энд ирсэн арга зам бол шинэ төрлийн кубит, эцэст нь бүхэл бүтэн архитектурыг бий болгох боломжийг бидэнд олгосон өвөрмөц материалын чанар, шинэ материалын багц дахь чухал нарийн ширийн зүйлс юм."

Мөн уншина уу: AI дахь тектоник шилжилт: байна Microsoft Бооцоо тавих DeepSeek?

Энэ нээлт яагаад ийм чухал ач холбогдолтой вэ?

Квантын тооцоолол нь асуудал шийдвэрлэхэд, ялангуяа хими, физик, материалын шинжлэх ухаанд асар их өгөгдлийн багц эсвэл нарийн төвөгтэй харилцан үйлчлэлтэй холбоотой салбарт хувьсгал хийх боломжтой. Гэсэн хэдий ч найдвартай ажиллах боломжтой хэдхэн зуу эсвэл мянган кубитэд хүрэх нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.

Нэг төрөлхийн асуудал бол кубитууд алдаа гаргах хандлагатай байдаг. Алдаа залруулга бүхий системийг бий болгох нь ихэвчлэн тооцооллыг гүйцэтгэдэг цөөн хэдэн "логик кубит"-ийг тогтворжуулахын тулд нэмэлт кубит ашиглан ихээхэн хэмжээний зардал шаарддаг.

Топологийн арга нь кубит бүрийг угаасаа илүү тогтвортой болгох замаар алдаа засах нэмэлт зардлыг багасгах зорилготой. Энэ нь сая кубитын хүчин чадалтай машин бүтээх эрэлд гарсан томоохон үсрэлт юм. Энэ босго нь шинэ эмийн судалгаа хийх, нийлүүлэлтийн нарийн төвөгтэй сүлжээг оновчтой болгох, гүүр, онгоцны эд ангиудын ан цав, тэр ч байтугай утасны дэлгэц дээрх зураасыг засах боломжтой өөрийгөө эдгээх материалыг олж илрүүлэх зэрэг бодит асуудлуудыг шийдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай гэж мэргэжилтнүүд үздэг.

Таны гарын алганд багтахуйц жижиг чип дотор сая кубит хүрэх нь шинжлэх ухааны уран зөгнөлт зохиол шиг сонсогдож магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч, Microsoft Топологийн үндсэн архитектураараа дамжуулан энэ цар хүрээг олж авах боломжтой гэж үздэг.

“Таныг квант орон зайг судлах явцад сая кубит хүрэх зам байх ёстой. Үүнгүйгээр та биднийг хөдөлгөж буй үнэхээр чухал асуудлуудыг шийдвэрлэхэд шаардлагатай хэмжээнд хүрэхээсээ өмнө хана мөргөх болно" гэж Четан Наяк хэлэв. "Бид үнэндээ сая хүрэх замыг тодорхойлсон."

Мөн уншина уу:

• Дуу чимээг арилгах чихэвч хортой юу? Аудиологичдын дүгнэлт
• 2024 оны хамгийн гайхалтай робот техникийн шинэчлэл

Хяналт, хэмжилтийг дахин бодох

Кубитуудад тогтвортой байдал төдийгүй ашигтай үр дүнд хүрэхийн тулд хэмжигдэхүйц байх ёстой. Уламжлалт аргууд нь ихэвчлэн кубит бүрийг аналог байдлаар нарийн тааруулахад тулгуурладаг бөгөөд энэ нь qubit-ийн тоо өсөх тусам удирдах боломжгүй болдог нарийн төвөгтэй бөгөөд цаг хугацаа шаардсан үйл явц юм.

Microsoft Нано утасны төгсгөлүүдийг (Мажораначууд амьдардаг) квант цэгтэй холбодог "тоон шилжүүлэгч"-ийг нэвтрүүлснээр энэ сорилтыг даван туулж байна. Энэхүү квант цэг нь "нэг тэрбум" ба "нэг тэрбум нэг"-ийг ялгахтай адил одоогийн электронуудын тооноос хамаарч өөрчлөгддөг цахилгаан цэнэгийг хадгалдаг. Энэ цэнэгийн зөрүү нь квант тэгш эсвэл сондгой төлөвт байгаа эсэхийг харуулдаг бөгөөд энэ нь квант тооцооллын гол өгөгдлийн хэсэг юм.

Хамгийн чухал нь хэмжилтийг хүчдэлийн импульс ашиглан асааж, унтрааж болох бөгөөд энэ нь мэдрэгчтэй залгахыг тохируулахаас илүү дижитал шилжүүлэгчийг эргүүлэхтэй адил юм. Энэ арга нь инженерүүдийг кубит бүрийг тус тусад нь тохируулах шаардлагаас чөлөөлж, системийн нарийн төвөгтэй байдлыг хэмжээг нь дарааллаар нь бууруулах боломжтой. Нэмж дурдахад, энэ нь техник хангамжийн түвшинд тогтвортой байдаг тул алдаа засахын тулд процесс нь цөөн тооны нэмэлт кубит шаарддаг.

Мөн уншина уу: Биомимикри: Байгаль нь инженерүүдийг шинийг санаачлахад хэрхэн урамшуулдаг вэ?

Боломжгүй зүйлийг бий болгох: материйн шинэ төлөв байдал

Материйн топологийн төлөвийн тухай ойлголт нь хатуу, шингэн эсвэл хийнээс ялгаатай материйн үе шат нь хийсвэр квант механик шиг сонсогдож магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь энэ хандлагын үндэс суурь юм. Топологийн дамжуулагчийг бий болгох шаардлагатай Microsoft цоо шинэ ангиллын материалыг боловсруулах.

MicrosoftХөнгөн цагааны нано утсаар хийсэн жижигхэн "H" хэлбэртэй топологийн кубит архитектур нь дөрвөн удирдлагатай мажоранауудыг нэгтгэж, нэг кубит үүсгэдэг. Дараа нь эдгээр бие даасан кубитуудыг чип дээр байрлуулж, масштаблах шууд замыг бий болгодог.

“Тэнд хүрэхийн тулд бид материйн шинэ төлөвийг харуулах шаардлагатай байсан тул энэ нь хэцүү, гэхдээ үүний дараа энэ нь харьцангуй энгийн. Энэ нь хавтанцар хийхтэй адил юм. Та илүү энгийн архитектуртай бөгөөд энэ нь илүү хурдан цар хүрээг нэмэгдүүлэх боломжийг амлаж байна" гэж тус компанийн өөр нэг техникийн ажилтан Криста Свор хэлэв. Microsoft.

Мажорина фермионууд яагаад ийм баригдашгүй байдгийн шалтгаан нь материйн энэхүү шинэ төлөв юм: байгаль тэднийг аяндаа үүсгэдэггүй. Тэдний оршин тогтнохын тулд үнэмлэхүй тэгтэй ойролцоо температур, нарийн тохируулсан соронзон орон, хэт дамжуулагч хөнгөн цагаан болон хагас дамжуулагч индий арсенидын хоорондох өөгүй интерфейс шаардлагатай. Атомын бүтцэд нэг удаа тасалдсан ба кубит бүтэлгүйтсэн. Энэ нь инженерийн тулгамдсан асуудлуудын цар хүрээг тодотгож буй материалын шинжлэх ухааны гайхалтай нээлт юм Microsoft даван туулах хэрэгтэй болсон.

Мөн уншина уу: AI-ийн хамгийн хачирхалтай хэрэглээний 10 жишээ

Бодит шийдэлд хүрэх зам

Квантын тооцооллын аливаа амбицтай судалгааны нэгэн адил үр дүнг бүрэн хэрэгжүүлэхэд олон жил шаардагдана. Гэсэн хэдий ч, Microsoft Албан тушаал Majorana 1 Энэ нь Quantum-ийн салбарыг бүрдүүлж буй асуудлыг шийдвэрлэх чадварыг хурдасгах оньсогоын алга болсон хэсэг юм. Өндөр эрсдэлтэй, өндөр өртөгтэй технологиудыг санхүүжүүлэх үүрэгтэй Батлан ​​хамгаалахын дэвшилтэт судалгааны төслүүдийн агентлаг (DARPA) ч үүнийг хүлээн зөвшөөрч байх шиг байна. Microsoft нь DARPA-ийн “Дутуу судлагдаагүй системүүд нь ашигтай хэмжээний квант тооцоолол” (US2QC) хөтөлбөрийн эцсийн шатанд сонгогдсон хоёр компанийн нэг бөгөөд энэ нь арилжааны бодит үнэ цэнэ бүхий анхны алдааг тэсвэрлэх чадвартай квант компьютерийг хөгжүүлэх зорилготой юм.

Үүний үр дагавар нь асар их юм. Сая кубитын системээр эрдэмтэд химийн хамгийн нарийн төвөгтэй нууцыг онолын хувьд тайлж, зарим материал яагаад зэвэрч, хагардагийг тайлбарлаж, эсвэл зарим ферментүүд хөдөө аж ахуй, эрүүл мэндийн салбарт катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг болохыг тодруулах боломжтой.

Ийм нээлтүүд нь өөрийгөө эдгээх дэд бүтэц, илүү үр дүнтэй эм, эсвэл хуванцарыг задлах, микропластикийн бохирдолтой тэмцэх бүх нийтийн аргыг бий болгоход хүргэж болзошгүй юм. Хиймэл оюун ухааны дэвшилтэй хослуулан квант компьютер нь бидний зорилгыг шинэ материалын "жор" болгон хувиргаж, судалгаа, хөгжүүлэлтийн олон жилийн туршилт, алдааг арилгах боломжтой юм.

"Эхнээсээ бид зөвхөн оюуны манлайлал биш, арилжааны нөлөөнд зориулагдсан квант компьютер бүтээхийг хүсч байсан" гэж хэлэв. Microsoftтехникийн ажилтан Маттиас Тройер. “Бидэнд шинэ кубит хэрэгтэйг мэдэж байсан. Бид цар хүрээгээ нэмэгдүүлэх шаардлагатайг мэдэж байсан."

Мөн уншина уу: Цөмийн хог хаягдал: Энэ нь юу вэ, яаж устгадаг вэ?

Квантын эргэлтийн цэг

Квантын тооцооллын талбар дахь тулаан олон талаараа хагас дамжуулагчийн хувьсгалын эхний үеийг тусгадаг. Инженерүүд практик транзисторууд дэлхийг өөрчилнө гэдгийг мэдэж байсан ч эхлээд материаллаг шинжлэх ухаан, хэлхээний дизайны олон асуудлыг шийдэх ёстой байв.

Үүний нэгэн адил топологийн дамжуулагчууд нь хагас дамжуулагчийн сонгодог тооцоололд хийдэг байсныг квант тооцоололд хийж, дараагийн үеийн тооцооллын хүчин чадалд шаардлагатай тогтвортой, өргөтгөх боломжтой суурийг бий болгож чадна.

The Majorana 1 Таны далдуу модны хэмжээтэй, сая кубит багтаамжтай чип нь квантын "сая квбит" машинуудын эрин үе бидний бодож байгаагаас ч ойрхон байж болохыг илтгэж байна. Мэдээжийн хэрэг, бодит том хэмжээний квант машинууд олон жилийн хөгжлийг шаарддаг.

Шингэрүүлэх хөргөгч, хяналтын логик, програм хангамжийн стекүүд болон бүх тооцооллын экосистемийг жигд нэгтгэх шаардлагатай. Гэсэн хэдий ч топологийн арга нь "кубитийн тогтвортой байдлыг хэрхэн хадгалах, тэдгээрийг найдвартай хэмжих" шинжлэх ухааны хамгийн том саад бэрхшээлийг хэсэгчлэн арилгасан.

"Нэг зүйл бол материйн шинэ төлөвийг нээх явдал юм" гэж Наяк хэлэв, "Өөр нэг зүйл бол квант тооцооллыг масштабаар дахин бодоход ашиглах явдал юм." Тийм юм шиг байна Microsoft Хоёуланг нь хийж, квант технологийг лабораторийн тохиргооноос давж, практик үр дүнд хүргэхэд ахиулсан. Тогтвортой кубитийн эрэл хайгуул нь эцэст нь квант техник хангамж илүү найдвартай, сая кубит хүрэх замыг зурж, арилжааны хэрэглээний программууд гарч ирэх эрин үе рүү шилжиж магадгүй юм.

Хэрэв энэ технологи нь амлалтдаа хүрвэл энэ нь зөвхөн эргэлтийн цэг биш байх болно Microsoft. Энэ нь дэвшилтэт материал, эм бэлдмэлээс эхлээд байгаль орчны цогц шийдэл хүртэлх бүх зүйлийг хэрхэн хөгжүүлэхэд парадигмын өөрчлөлтийг илэрхийлж магадгүй юм. Тийм учраас л Majorana 1 ийм том асуудал.

Мөн уншина уу: 

• Тайвань, Хятад, АНУ технологийн ноёрхлын төлөө хэрхэн тэмцэж байна вэ: агуу чипний дайн
• Ирээдүйн транзисторууд: Чипний шинэ эрин биднийг хүлээж байна