Zařízení by mohlo být klíčem k praktickým kvantovým počítačům, protože řeší problém nestability, který dosud bránil rozsáhlému vývoji.
Společnost Microsoft představila Majoranu 1, nový kvantový čip, který využívá architekturu zvanou Topological Core. Jedná se o zařízení, které se snaží vyřešit jeden z hlavních problémů kvantových počítačů: nestabilitu qubitů, základních prvků, které tyto počítače potřebují ke svému fungování. Čip je navržen tak, aby tyto qubity udržoval stabilní díky novému přístupu k návrhu a řízení.
Jak uvádí Microsoft ve svém oficiálním oznámení čipu Majorana 1, jeho cílem je integrovat milion qubitů do čipu o velikosti dlaně. Tento počet je považován za klíčový pro to, aby kvantové počítače mohly řešit praktické problémy reálného světa.
Nový přístup ke qubitům
Majorana 1 využívá jiný stav hmoty než pevnou látku, kapalinu nebo plyn, který se nazývá topologický stav. Tento stav se vyznačuje tím, že si zachovává své vlastnosti, i když je vystaven deformacím nebo poruchám, něco jako gumička, která si zachovává své základní vlastnosti, i když ji natáhnete nebo zkroutíte.
Aby toho vědci dosáhli, museli vytvořit kombinaci dvou materiálů: arsenidu india (polovodičová sloučenina používaná v infračervených detektorech) a hliníku, přičemž jejich atomy umístili jeden po druhém ve velmi specifickém uspořádání.
Podle odborníků by rok 2025 mohl znamenat zlom v kvantové výpočetní technice a vývoj, jako je tento, ukazuje tímto směrem. Jednou z klíčových výhod nového čipu je, že umožňuje ovládat qubity digitálně, jako spínač, který se zapíná a vypíná, a nevyžaduje velmi přesné analogové nastavení.
Nová architektura zavádí vylepšení, která chrání qubity před šumem a vnějším rušením, což je dnes jeden z hlavních problémů. Qubity jsou velmi citlivé na jakékoli rušení v okolí, které může způsobit ztrátu informací, jež uchovávají.
Aplikace a další kroky
Nový čip obsahuje mimořádně přesný měřicí systém: je schopen detekovat jediný elektron navíc z miliardy, což je jako najít konkrétního člověka v celé populaci Číny. Tato schopnost je nezbytná k tomu, abychom věděli, v jakém stavu se každý qubit nachází.
Pokrok v kvantové teleportaci a takové čipy by v budoucnu mohly umožnit vytvoření sítě vzájemně propojených kvantových počítačů. Potenciální aplikace zahrnují rozklad mikroplastů, protože tyto počítače by mohly pomoci najít látky schopné rozložit každý konkrétní typ plastu. Mohly by také usnadnit vývoj samoopravných materiálů (užitečných v mostech nebo displejích mobilních telefonů) a zlepšit zemědělství navržením účinnějších enzymů.
Agentura DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency) zařadila tento vývoj do svého programu US2QC, přičemž Microsoft je jednou ze dvou společností, které se dostaly do závěrečné fáze.
Aby systém fungoval, je třeba udržovat qubity při extrémně nízkých teplotách a koordinovat jejich činnost s běžnými počítači. Microsoftu se podařilo integrovat osm qubitů do svého současného čipu, ale uznává, že dosažení cíle jednoho milionu qubitů bude vyžadovat další roky vývoje.