Kvantumszámítástechnikai áttörést ért el a Microsoft(MS) a világ első topológiai kvantumfeldolgozó egységének (Quantum Processing Unit – QPU) a kifejlesztésével. Az új kvantumchip az MS ígérete szerint több milliónyi stabil és hibatűrő qubitet(kvantumbit) lesz képes magába foglalni a néhány éven belül megszülető nagyteljesítményű kvantumszámítógépben.
A kvantumszámítástechnika hatalmas átalakulást hozhat a tudományban és a technológiában, de csak akkor, ha a megbízhatóságuk is eléri az elvárt szintet. Az eddigi tudományos vélekedések szerint az ehhez szükséges áttörés csak évtizedek múlva következhet be. A kvantumszámítógépek stabil működéséhez ugyanis olyan fejlett kvantumhibajavító mechanizmusokra van szükség, amelyek kifejlesztése csak nagyon hosszú távon tűnt elérhető célnak.
A Microsoft bejelentése azonban új lendületet adhat a fejlesztéseknek, és jóval hamarabb teheti lehetővé a kvantumszámítógépek megépítését.
alcím: Erre képes a Majorana 1
Míg egy klasszikus számítógép bitekkel dolgozva minden lehetőséget (0 vagy 1) egymás után vizsgál meg, egy kvantumszámítógép qubiteket alkalmazva egyszerre tud több állapotot vizsgálni a szuperpozíciója miatt.
Ez exponenciálisan gyorsabb számításokat, sokkal nagyobb számítási teljesítményt tesz lehetővé. Az eddig ismert kvantumszámítógépek legnagyobb gyengesége a hibaérzékenyég volt: külső hatásokra könnyen létrejönnek bennük az eredményt jelentősen torzító kvantumhibák. A topológiai qubitek legfőbb előnye az, hogy megoldhatják a kvantumhibák kiküszöbölésének a problémáját.
A Microsoft által bemutatott Majorana 1-t egy topológiai mag hajt meg. Úgy tervezték, hogy egyetlen chip akár több millió qubitet is befogadhasson. A bejelentés szerint ezek a qubitek hardveresen védettek a környezeti hatásokkal és zajjal szemben, ami kulcsfontosságú a hibatűrő kvantumszámítógépek létrehozása felé.
A kutatás eredményeit a Nature folyóiratban publikálták. A cikk szerint az MS kutatócsoportja bizonyította egy olyan új anyagállapot felfedezését, amellyel radikálisan új típusú, rendkívül nagy sebességű, kis méretű és digitálisan vezérelhető qubiteket lehet előállítani. Ez fontos szempont a kvantumszámítógépek skálázhatóságában.
A Microsoft célja egy olyan hibatűrő prototípus (Fault-Tolerant Prototype – FTP) megépítése, amely néhány éven belül működőképes kvantumszámítógéppé fejleszthető.
Új kvantuminformáció olvasási módszer
A Microsoft megoldotta a kvantuminformáció kiolvasásának kritikus problémáját is. Ehhez elektromos töltéstárolásra alkalmas digitális kapcsolókat alkalmazott, amelyek egy kvantumponttal kötik össze a nanovezeték mindkét végét.
A töltéstárolási képesség növekedése a vezeték paritásával együtt változik. A változást mikrohullámú reflektometriával mérik, amely lehetővé teszi a kvantumállapot pontos meghatározását.
Ez a módszer jelentős előrelépés a kvantumhibajavításban, mivel digitális impulzusokkal aktiválható, ami egyszerűsíti a vezérlést. Jobban skálázható, mivel nem igényel minden qubithez különálló analóg kontroll jeleket. Nagyobb hibatűrést biztosít, mivel csökkenti a dekohorencia hatásait.
Áttörés után forradalom
A Microsoft fejlesztési ütemtervet vázolt fel a kvantumszuperszámítógépek megvalósítására. A szoftveróriás nyolc topológiai qubitet már képes integrálni egy chipre, amely később akár egymillió qubitet is befogadhat.
Ha ezt sikerül elérni, a kvantumszámítógépek olyan problémákat oldhatnak meg, mint az új anyagok, például az önmagukat megjavítani képes anyagok fejlesztése, komplex kémiai folyamatok szimulációja, amely feleslegessé teheti a ma még általános kísérletezést és laboratóriumi munkát.
