Czy Microsoft stworzył nowy stan materii dla układów kwantowych? Zrozumieć

Jeśli zależy to od Microsoft, 19 lutego 2025 r., Może być uznany za kamień milowy w historii obliczeń kwantowych. Tego dnia gigant Redmond przedstawił światu pierwszy układ kwantowy z nową topologiczną architekturą jądra, o Majorana 1.

W przeciwieństwie do klasycznych krzemowych układów, które znamy, nowy procesor opiera się na kubitach. Oznacza to, że zamiast działać z bitami (0 lub 1), nowy procesor wykorzystuje podstawową jednostkę obliczeń kwantowych, która może być w stanie nakładania się, czyli jednocześnie 0 i 1.

Ale firma wykracza poza i stwierdza, że ​​układ kwantowy „który może obserwować i kontrolować cząstki majorany, aby uzyskać bardziej niezawodne i skalowalne quibi”, zgodnie z komunikatem prasowym.

Przedstawione jako „Kolejna faza przedmiotu, którego wielu ekspertów nie uznało za możliwe”Ten innowacyjny materiał można teoretycznie wykorzystać do rozwiązywania problemów matematycznych, naukowych i technologicznych.

Po raz pierwszy teoretycznie w 1937 r. Przez włoskiego fizyka Ettore Majorana, te cząstki są specjalnym rodzajem fermiona, który działa jak ich własny antymateria, to znaczy, jeśli dwa z nich się spełnią, mogłyby unicestwić.

Chociaż nigdy nie obserwowane bezpośrednio w naturze, te rzekome podstawowe bloki materii działają tak, jakbyś patrzył w lustro i zamiast zobaczyć odwrócony odruch, widziała dokładnie to samo.

Ta egzotyczna cecha sprawia, że ​​Fermony Majorany są idealnymi teoretycznymi podstawą do tworzenia quifit topologicznych. W praktyce informacje kwantowe są rozpowszechniane między parami identycznych quasiparii, stając się mniej podatnymi na zakłócenia zewnętrzne.

W końcu Microsoft naprawdę stworzył nowy stan materii?

Chociaż termin „czwarty stan materii”, cytowany przez firmę Billa Gatesa, ma określoną podstawę naukową w fizyce skondensowanej, jest to kolejny sposób podkreślenia znaczenia odkrycia w sposób wpływowy.

Ogłaszając do tej pory nieznany stan sprawy, Microsoft chciał, aby ogłoszenie brzmiało świetnie, sugerując nowy paradygmat naukowy, jak miało miejsce w 1928 r., Kiedy plazma została uznana za podstawowy stan materii, oprócz trzech klasyków.

Nie jest to zatem stałe, ciekłe, gazowe lub osocze, ale o nowym stanie powstającym opartym na właściwościach topologicznych materii. Firma wyraźnie wspomina o takich fermonach Majorany, które wykazują egzotyczne zachowanie w celu stworzenia bardziej stabilnych quity.

Oczywiście moglibyśmy zapytać: ale w jaki sposób hipoteza w fizyce cząstek ma już konkretne zastosowania w obliczeniach kwantowych?

Kiedy uczynił swój wyjątkowy zakład, aby opracować quity topologiczne prawie 20 lat temu, Microsoft wiedział, że w przypadku Fermonów Majorany musiałby współpracować z quasiparticles, to znaczy zbiorowe efekty, które zachowują się jako cząsteczki w niektórych materiałach.

W tym sensie quasiparticles (takie jak Fonons, Polarons, Magnons) nie istnieją niezależnie w próżni, Ale powstają w niektórych materiałachze względu na interakcję między jego składnikami. Chociaż wyglądają jak „złudzenia”, zachowują się jak prawdziwe cząsteczki.

Microsoft potwierdza dwa ważne postępy: tworzenie quasiparticles Majorany w specjalnie zaprojektowanym materiale i możliwość odczytania przechowywanych w nich danych bez niszczenia stanu kwantowego.

Wielki wyścig obliczeniowy kwantowy

Od lat 80. ,. Celem tej potężnej maszyny nie jest zastępowanie naszych klasycznych komputerów, ale rozwiązanie bardzo specyficznych problemów za pomocą jej wysokiej mocy obliczeniowej.

W przypadku możliwych postępów w medycynie, chemii, naukach materialnych i innych dziedzinach, prywatnym przemysłowi i rządom na całym świecie są w prawdziwej rasie Aby zbudować pierwszy w pełni funkcjonalny komputer kwantowy na rzeczywistą skalę.

Ale pierwszym krokiem jest opracowanie stabilnych i skalowalnych procesorów kwantowych, układów kwantowych. Składają się z wielu quitów. Są to systemy fizyczne, które wykorzystują osobliwe właściwości świata cząstek subatomowych do przechowywania i przetwarzania informacji.

W przeciwieństwie do Microsoft, który postawił na topologiczne quity z Fermonami Majorany, firmy takie jak IBM, Google i Amazon testują quity na podstawie obwodów elektrycznych wykonanych z materiałów nadprzewodzących, z „parami spółdzielni”, elektronów, które nie działają jak indywidualne cząstki.

Ionq i Honeywell z kolei pracują z uwięzionymi jonami, które wykorzystują te załadowane atomy, zawieszone pola elektromagnetycznym, do przechowywania informacji kwantowych na poziomach energii elektronów.

Kalifornijskie kubity badawcze Psquantum oparte na fotonie do stosowania w komunikacji kwantowej, podczas gdy Intel i Qutech wykorzystują krzemion, które działają na podstawie spinu z pojedynczego elektronu ograniczonego do materiału półprzewodnikowego.

W poszukiwaniu idealnego układu kwantowego ważną rzeczą nie jest ilość quitów (tak bardzo, że Microsoft wyprodukował do tej pory tylko osiem topologicznych quitów), ale jakość Quibits.

Dlaczego tak trudno jest zbudować wysokiej jakości qubit?

W poszukiwaniu „logicznego kwobta” wszyscy badacze byli w stanie wyprodukować niedoskonałe lub niskiej jakości quibit. Ale wszyscy zgadzają się, że ten Święty Graal obliczeń kwantowych będzie chroniony przed błędami i z bardzo wysoką wiernością.

W ubiegłym roku, kiedy Google przedstawił procesor kwantowy wierzby, zaprojektowany do używania logicznych quibów zamiast tylko fizycznych Quibits, pomysł polegał na tym, że zwiększając liczbę QuiBitów, może wykładniczo zmniejszyć liczbę błędów.

Podążając tą samą ścieżką, Microsoft stara się skorygować błędy, ale w mniej złożony i bardziej wydajny sposób z majoraną 1, jeśli może poprawić swoje topologiczne quity, twierdzi kilku naukowców.

Chociaż wszystkie te quibi mogą przechowywać wiele wartości jednocześnie, wszystkie mają fundamentalne ograniczenie. Kiedy naukowcy próbują przeczytać informacje, które przechowują ,.

Innymi słowy, jeśli spróbujesz przeczytać qubit, natychmiast traci supermocarstwo. Dlatego jest to duży podstawowy problem, który naukowcy muszą rozwiązać: Jak zbudować komputer kwantowy, jeśli destabilizuje się za każdym razem, gdy jest używany?

„Jak na ironię, dlatego potrzebujemy również komputera kwantowego”, wyjaśnia starszy ekspert techniczny Microsoft Krysta Svore. Tylko przy maszynie na skali można było przewidzieć materiały o lepszych nieruchomościach, kończy ekspert w jej paradoksie.