Microsoft Majorana 1 – nowy chip kwantowy wykorzystujący hipotetyczną fizykę kwazicząstek
Media technologiczne wstrząsnęła ostatnio informacja o nowym chipie kwantowym opracowanym przez Microsoft. Majorana 1, bo o tej konstrukcji mowa, ma być, jak czytamy w wielu przekazach „przełomem”, „rewolucją”, będzie łamać bitcoina i na dodatek ma milion kubitów! Nie, nie ma miliona. Ma osiem. Mam nadzieję, że poniższy materiał pozwoli zrozumieć, co tak naprawdę jest sukcesem w tym układzie.
Zacznijmy może od tego nieszczęsnego miliona kubitów. Sam Microsoft absolutnie niczego takiego nie twierdzi, ale niestety wielu w imię klików nagina fakty i potem niesie się po internecie nowa „rewolucja”. Nie umniejszamy przy tym sukcesu naukowców i inżynierów Microsoftu, którym udała się nie lada sztuka, zaprzęgli oni do obliczeń kwantowych coś, co można określić nowym, czy też egzotycznym stanem materii. W zasadzie fakt, że układ jest i działa, stanowi pośredni dowód na istnienie obiektów postulowanych dotychczas jedynie hipotetycznie przez fizyków teoretyków, chodzi o kwazicząstki.
W istocie nowy układ kwantowy Majorana 1 zawiera 8 kubitów nowego typu opartych na kwazicząstkach. Zresztą sama nazwa chipu jest niejako hołdem dla pewnego fizyka. Kwazicząstki, na których bazują kubity w chipie Microsoft Majorana 1, to fermiony Majorany – egzotyczne cząstki, które są swoimi własnymi antycząstkami. Ich istnienie zostało przewidziane teoretycznie przez włoskiego fizyka Ettore Majoranę jeszcze w 1937 roku, ale ich eksperymentalna detekcja jest niezwykle trudna. Cóż, Microsoft właśnie chyba udowodnił, że te trudności udało się pokonać. To niewątpliwy sukces.
Skąd zatem ten milion kubitów, mimo że sam stworzony układ ma ich zaledwie osiem? Bo twórcy deklarują, że układ został zaprojektowany z myślą o skalowaniu do miliona kubitów. Co wcale nie znaczy, że owo skalowanie jest rzeczą trywialną i wydarzy się już zaraz.
Wykorzystanie materii egzotycznej jaką stanowią fermiony Majorany było imponującym, odważnym i nieszablononym podejściem do budowy chipu kwantowego, ale też bardzo istotnym w kontekście realności opracowania komputera kwantowego. Prace nad kubitami trwają już od dziesięcioleci, przy czym dopiero od niedawna uczymy się radzić sobie z narastającym lawinowo poziomem błędów wraz ze wzrostem liczby kubitów (przypominam materiał o kwantowym chipie Google’a: Willow).
Fermiony Majorany stanowiące „budulec” kubitów nowego chipu kwantowego Microsoftu, w przeciwieństwie do większości znanych cząstek elementarnych, nie posiadają masy (choć tu wciąż fizycy nie mogą się do końca zgodzić) ani ładunku, co jest konieczne, skoro są swoimi własnymi antycząstkami. Co ciekawe fermiony Majorany są przez niektórych fizyków teoretyków uważane za składnik hipotetycznej ciemnej materii.
Ich istnienie przez dekady było jedynie hipotezą, naukowcy zaczęli dostrzegać ich ślady w materiałach topologicznych i układach nadprzewodnikowych. Microsoft opracował metodę generowania tzw. nadprzewodnika topologicznego, w którym fermiony Majorany mogą się pojawiać w sposób kontrolowany. To właśnie te kwazicząstki tworzą podstawę działania nowego chipa Majorana 1, w którym służą jako nośniki informacji kwantowej.
Główną zaletą wykorzystania fermionów Majorany w technologii kwantowej jest ich odporność na zakłócenia. Tradycyjne kubity, używane m.in. w komputerach kwantowych Google i IBM, są niezwykle podatne na błędy i wymagają skomplikowanych mechanizmów korekcji. W przypadku kubitów opartych na fermionach Majorany informacja kwantowa jest „rozłożona” w przestrzeni, co czyni je znacznie bardziej stabilnymi i odpornymi na dekoherencję. To właśnie ten aspekt sprawia, że rozwiązanie Microsoftu może przyspieszyć rozwój komputerów kwantowych i uczynić je bardziej praktycznymi w zastosowaniach komercyjnych.
Majorana 1 to pierwszy chip tego typu, zaprojektowany z myślą o skalowalności i przyszłościowych rozwiązaniach obliczeniowych. Jeśli uda się potwierdzić jego przewagi nad dotychczasowymi technologiami, może to oznaczać przełom w drodze do stworzenia pełnoprawnych komputerów kwantowych zdolnych do rozwiązywania problemów, które dla dzisiejszych superkomputerów pozostają poza zasięgiem. Jednak jeszcze raz warto podkreślić. Jesteśmy dopiero na początku tej drogi, niemniej potwierdzenie potencjału układu kwantowego Microsoft Majorana 1 będzie oznaczało, że przynajmniej wiemy w jakim kierunku iść.
Na koniec jeszcze jedno. Owszem, milion kubitów jest przez wielu ekspertów od informatyki kwantowej uznawane za liczbę, która diametralnie przemodelowałaby potencjał obliczeń kwantowych i pozwoliła upraktycznić możliwości komputerów kwantowych. Innymi słowy, przydałyby się one do czegoś innego niż pokonywanie kolejnych testów w laboratoriach. I jeszcze wideo o drodze do miliona kubitów:
