Microsoft a anunțat recent lansarea Majorana 1, primul chip cuantic din lume care utilizează o arhitectură revoluționară denumită “Topological Core”. Această inovație promite să schimbe paradigma calculelor cuantice, făcând posibilă rezolvarea unor probleme industriale complexe în câțiva ani, nu decenii.

Pentru a aprecia impactul descoperirii Microsoft, trebuie să înțelegem computerele cuantice și provocările construirii lor.

Ce este calculul cuantic și de ce contează?

Calculul clasic, pe care îl folosim în computerele și telefoanele actuale, se bazează pe biți – unități care pot fi fie 0, fie 1. Aceste sisteme sunt rapide, dar au limite atunci când vine vorba de probleme complexe, cum ar fi simularea moleculelor pentru medicamente noi sau rezolvarea unor ecuații din fizica particulelor.

Calculul cuantic, în schimb, folosește qubiți, care pot exista simultan în stări de 0 și 1, oferind o putere de procesare mult mai mare. Totuși, qubiții sunt sensibili la erori din cauza zgomotului ambiental (fluctuații termice, interferențe electromagnetice, radiații cosmice, etc) , ceea ce face dificilă implementarea practică a calculului cuantic.

Ce sunt particulele Majorana?

Particulele Majorana sunt entități ipotetice, prevăzute de fizicianul italian Ettore Majorana în anii 1930. Spre deosebire de electroni sau protoni obișnuiți, o particulă Majorana este identică cu propria sa „antiechivalentă”.

Această proprietate le face stabile și utile pentru calculul cuantic, deoarece reduc erorile și protejează informațiile stocate în qubiți. Microsoft afirmă că a identificat aceste particule în topoconductori, creând o bază solidă pentru qubiți mai fiabili.

Ce este topoconductorul?

Topoconductorul este un material special, numit „topologic”, care permite crearea unei stări noi a materiei – diferită de solid, lichid sau gaz.

Această stare este stabilă la nivel microscopic și ajută la dezvoltarea unor qubiți topologici, mai rezistenți la erori decât qubiții tradiționali folosiți de alte companii, precum Google sau IBM.

Acest material are capacitatea unică de a observa și controla particule exotice denumite Majorana.

Topoconductorul este cheia stabilității Majorana 1, oferind o platformă pentru qubiți mai mici, mai rapizi și mai puțin sensibili la zgomot.

Microsoft a publicat și documentația științifică pe site-ul Nature

Inovația din spatele arhitecturii topologice

În esență, Majorana 1 a fost posibil datorită dezvoltării unui nou stiv de materiale, realizat cu o precizie atomică remarcabilă.

Procesul implică combinarea materialelor precum indiu arsenidul și aluminiul pentru a crea condiții optime în care particulele Majorana pot fi generate și manipulate.

Acest „transistor pentru epoca cuantică”, după cum îl numesc experții de la Microsoft, permite:

• Scalabilitate: Arhitectura permite integrarea până la un milion de qubiți pe un singur chip, deschizând calea către calculatoare cuantice cu adevărat practice.
• Control digital simplificat: Spre deosebire de metodele tradiționale ce necesită ajustări fine și complexe, noua tehnologie folosește impulsuri de tensiune pentru a activa sau dezactiva qubiții, reducând astfel erorile și complexitatea sistemului.
• Stabilitate inerentă: Prin integrarea mecanismelor de corectare a erorilor la nivel hardware, noul design asigură o rezistență sporită la perturbările externe, o provocare majoră în tehnologia cuantică.

Majorana 1: Specificații Tehnice și Performanțe

• Arhitectură și Materiale: Majorana 1 se bazează pe o arhitectură topologică care utilizează topoconductori – superconductori topologici ce reprezintă o nouă stare a materiei, distinctă de stările clasice (solid, lichid sau gaz). Această stare topologică permite crearea unui nucleu topologic robust și fiabil.
• Număr de Qubiți: Pe baza acestei tehnologii, procesorul a generat 8 qubiți topologici. Acești qubiți, mai mici (încăpând într-o sutime de milimetru), mai rapizi și mai stabili, beneficiază de o rezistență la erori integrată direct în hardware și sunt controlați digital.
• Performanțe Experimentale: Datele concrete privind durata de coerență, rata de eroare și timpii de operare nu au fost încă detaliate public. Testele de laborator efectuate la temperaturi ultra-scăzute (mili-Kelvin) indică o îmbunătățire semnificativă comparativ cu tehnologiile anterioare.
• Testare și Validare: Procesorul a fost demonstrat în medii de laborator. Experimentele curente se axează pe validarea stabilității și repetabilității operațiunilor cuantice, fără a oferi încă date privind integrarea într-un sistem complet fault-tolerant.
• Scalabilitate: Arhitectura propusă susține scalabilitatea semnificativă, cu Microsoft vizând extinderea la sute de mii până la 1 milion de qubiți pe un singur cip, esențial pentru realizarea unui calculator cuantic practic.

Implicații industriale și viitorul calculatoarelor cuantice

Microsoft subliniază faptul că atingerea pragului de un milion de qubiți este esențială pentru ca calculatoarele cuantice să poată aborda problemele cu adevărat transformatoare în diverse domenii.

De exemplu:

• Materiale autoreparabile: Calculatoarele cuantice ar putea optimiza procesele chimice pentru a dezvolta materiale capabile să se refacă singure, deschizând oportunități în construcții, industrie și sănătate.
• Descompunerea microplasticelor: Prin simulări cuantice avansate, se pot identifica catalizatori eficienți pentru descompunerea microplasticelor, contribuind astfel la soluționarea problemelor de mediu și de sănătate.
• Revoluția în chimie și bioinginerie: Capacitatea de a modela cu precizie reacțiile moleculare poate duce la descoperirea unor noi medicamente, enzime și materiale cu proprietăți îmbunătățite, reducând în același timp costurile și timpul de dezvoltare.

Colaborări și perspective de viitor

Descoperirea Majorana 1 nu reprezintă doar o realizare tehnologică de sine stătătoare, ci și un pas important în colaborarea dintre mediul academic, industria tehnologică și agenții guvernamentale, precum DARPA.

Microsoft a fost selectată să participe la programe riguroase de evaluare a tehnologiilor cuantice, ceea ce confirmă potențialul comercial și impactul viitor al acestei inovații.

Experții de la Microsoft, precum Chetan Nayak și Matthias Troyer, subliniază că această tehnologie nu doar că revoluționează modul în care sunt concepuți qubiții, dar stabilește și un nou standard pentru dezvoltarea sistemelor cuantice scalabile.

Majorana 1 este doar începutul, iar evoluțiile viitoare vor continua să redefinească limitele tehnologiei cuantice.

Pentru mai multe detalii vizitați blog-ul oficial Microsoft