Microsoft, predstavljajući svoju novu Majorana 1 kvantnog procesora, ocrtao je održiv put ka kvantnom čipu od milion kubita. Ali da li ovo novo stanje materije zaista označava napredak u kvantnom računarstvu ili je to samo još jedan korak u njegovoj evoluciji?

Kvantno računarstvo se dugo smatralo sljedećom granicom u tehnologiji, obećavajući rješenja za probleme van domašaja čak i najmoćnijih modernih superkompjutera. Međutim, istraživači su se godinama borili sa fundamentalnim izazovom – kako izgraditi sistem koji može da se nosi sa složenom fizikom kubita, osnovnih jedinica kvantnih informacija, a da ne podlegne problemima buke, nestabilnosti i skalabilnosti.

Microsoft sada tvrdi da je postavio novi kurs sa svojim Majorana 1 čip, inovacija koju naziva arhitektura topološke jezgre. Za razliku od konvencionalnih kubita napravljenih od standardnih poluprovodnika ili supravodljivih materijala, Majorana 1 oslanja se na nešto sasvim drugo - topološke provodnike. Ovi materijali mogu dovesti do novog stanja materije, topološke faze, koja se razlikuje od tradicionalnih čvrstih, tekućih ili plinovitih stanja.

Ali zašto je ovo važno? Što je još važnije, zašto bi bilo koga izvan polja kvantne fizike briga? Potencijal kvantnog računarstva proteže se daleko izvan istraživačkih laboratorija, utječući na sve, od razvoja samoizlječivih građevinskih materijala do optimizacije katalizatora koji razgrađuju plastiku u bezopasne nusproizvode. Microsoft vjeruje da sa Majorana 1, ova otkrića bi mogla postati stvarnost za nekoliko godina, a ne za decenije.

Pročitajte takođe: Iskoristite ili izgubite: Kako AI mijenja ljudsko razmišljanje

Još jedan pogled na kocke

U srži MicrosoftNapredak je novi topološki materijal provodnika. Napravljen od indijum arsenida (poluprovodnika) i aluminijuma (superprovodnika), on je, kako je opisao jedan istraživač, „bukvalno sastavljen atom po atom“. Rezultat je ultra čisto okruženje sposobno da održi neuhvatljive kvantne čestice poznate kao Majorana fermioni.

Majorana fermioni su teoretski jedna od najpouzdanijih metoda za pohranjivanje kvantnih informacija. Njihova jedinstvena svojstva pomažu u zaštiti podataka od buke iz okoline, čuvajući krhka kvantna stanja. Tradicionalni kubiti su vrlo osjetljivi i skloni dekoherenciji – procesu u kojem se kvantna stanja raspadaju zbog vanjskih smetnji. Čak i manji poremećaji, kao što su zalutali elektromagnetni signali, fluktuacije temperature ili sitni fizički poremećaji, mogu uzrokovati greške. Ova inherentna krhkost je dugo bila glavna prepreka u izgradnji stabilnih i skalabilnih kvantnih računara.

Microsoft sada to tvrdi Majorana 1-bazirani topološki kubiti nude otpornost na greške na nivou hardvera, efektivno integrišući stabilnost u dizajn kubita. Jednostavno rečeno, ovo bi moglo učiniti kvantne računare znatno praktičnijim i lakšim za skaliranje.

„Napravili smo korak unazad i pitali: 'Kako bi izgledao tranzistor za kvantnu eru? Koja svojstva treba da ima?'', rekao je Chetan Nayak, tehnički saradnik u Microsoft. “Način na koji smo došli ovdje je jedinstvena kombinacija – specifičan kvalitet materijala i kritični detalji u našem novom skupu materijala – koja nam je omogućila da stvorimo novi tip kubita i, na kraju, cijelu našu arhitekturu.”

Pročitajte takođe: Tektonski pomaci u AI: Is Microsoft Klađenje na DeepSeek?

Zašto je ovaj napredak toliko značajan

Kvantno računarstvo ima potencijal da revolucioniše rešavanje problema, posebno u oblastima koje uključuju ogromne skupove podataka ili složene interakcije u hemiji, fizici i nauci o materijalima. Međutim, postizanje čak nekoliko stotina ili hiljada kubita koji mogu pouzdano funkcionisati ostaje izazov.

Jedan inherentan problem je taj što su kubiti skloni greškama. Izgradnja sistema sa ispravljanjem grešaka obično zahteva značajne troškove, korišćenje dodatnih kubita za stabilizaciju samo nekoliko “logičkih kubita” koji izvode proračune.

Topološki pristup ima za cilj smanjenje troškova za ispravljanje grešaka čineći svaki kubit inherentno stabilnijim. Ovo predstavlja značajan iskorak u potrazi za stvaranjem mašine koja može da rukuje milion kubita. Stručnjaci smatraju da je ovaj prag ključan za rješavanje problema iz stvarnog svijeta, kao što su istraživanje novih lijekova, optimizacija složenih lanaca opskrbe ili otkrivanje materijala koji se samozacjeljuju koji bi mogli popraviti pukotine na mostovima, komponentama aviona ili čak ogrebotine na ekranima telefona.

Postizanje milion kubita u čipu dovoljno malom da stane na dlan može zvučati kao nešto iz naučne fantastike. međutim, Microsoft vjeruje da je ova skala dostižna kroz njegovu topološko jezgro arhitekture.

“Dok istražujete kvantni prostor, mora postojati put do milion kubita. Bez toga ćete udariti u zid prije nego dostignete skalu neophodnu za rješavanje zaista važnih problema koji nas pokreću”, rekao je Chetan Nayak. "Zapravo smo zacrtali put do milion."

Pročitajte takođe:

• Da li su slušalice sa poništavanjem buke štetne? Uvidi audiologa
• Najfascinantnije inovacije u robotici 2024

Ponovno promišljanje kontrole i mjerenja

Kubitima je potrebno više od stabilnosti – oni također moraju biti mjerljivi da bi dali korisne rezultate. Tradicionalne metode se često oslanjaju na analogno fino podešavanje svakog kubita, što je složen i dugotrajan proces koji postaje neizvodljiv kako broj kubita raste.

Microsoft zaobilazi ovaj izazov uvođenjem “digitalnog prekidača” koji povezuje krajeve nanožice (gdje se nalaze Majoranas) s kvantnom tačkom. Ova kvantna tačka pohranjuje električni naboj koji se mijenja ovisno o broju prisutnih elektrona, slično razlikovanju između “jedna milijarda” i “jedna milijarda i jedan”. Ova razlika u naboju pokazuje da li je kubit u parnom ili neparnom stanju, što je ključni podatak za kvantna izračunavanja.

Ono što je značajno je da se merenja mogu uključiti ili isključiti pomoću impulsa napona, što je više slično okretanju digitalnog prekidača nego podešavanju osetljivih točkića. Ovaj pristup oslobađa inženjere od potrebe da kalibriraju svaki kubit pojedinačno, potencijalno smanjujući složenost sistema za redove veličine. Dodatno, pošto je stabilan na hardverskom nivou, proces zahteva manje dodatnih kubita za ispravljanje grešaka.

Pročitajte takođe: Biomimikrija: Kako priroda inspiriše inženjere na inovacije

Stvaranje nemogućeg: novo stanje materije

Koncept topološkog stanja materije – faze materije koja se razlikuje od čvrstih materija, tečnosti ili gasova – može zvučati kao apstraktna kvantna mehanika. Međutim, to je temelj ovog pristupa. Potrebno je kreiranje topoloških provodnika Microsoft razviti potpuno novu klasu materijala.

MicrosoftTopološka arhitektura kubita, u obliku sićušnog "H" napravljenog od aluminijumskih nanožica, okuplja četiri kontrolisane Majorana da formiraju jedan kubit. Ovi pojedinačni kubiti se zatim mogu rasporediti na čip, pružajući jednostavan put do skaliranja.

„Teško je jer smo morali da demonstriramo novo stanje materije da bismo stigli tamo, ali nakon toga je relativno jednostavno. To je kao popločavanje. Imate mnogo jednostavniju arhitekturu koja obećava mnogo brži put do skaliranja,” rekla je Krista Swore, još jedna članica tehničkog osoblja u Microsoft.

Ovo novo stanje materije je i razlog zašto su fermioni Majorane tako neuhvatljivi: priroda ih ne stvara spontano. Da bi se izazvalo njihovo postojanje, potrebne su temperature blizu apsolutne nule, pažljivo usklađena magnetna polja i besprijekorno sučelje između supravodljivog aluminija i poluvodičkog indijum arsenida. Jedan poremećaj u atomskoj strukturi i kubit otkazuje. Ovo je izvanredan napredak u nauci o materijalima, naglašavajući obim inženjerskih izazova Microsoft morao savladati.

Pročitajte takođe: 10 primjera najčudnije upotrebe AI

Put do stvarnih rješenja

Kao i kod svakog ambicioznog istraživanja kvantnog računarstva, biće potrebne godine da se rezultati u potpunosti realizuju. međutim, Microsoft pozicije Majorana 1 kao nedostajući dio slagalice koji će ubrzati Quantumovu sposobnost rješavanja problema koji oblikuju industriju. Agencija za napredne istraživačke projekte u oblasti odbrane (DARPA), odgovorna za finansiranje visokorizičnih i skupih tehnologija, izgleda slaže. Microsoft je jedna od dvije kompanije izabrane za završnu fazu DARPA-inog programa Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC), koji ima za cilj razvoj prvog kvantnog računara otpornog na greške sa stvarnom komercijalnom vrijednošću.

Implikacije su ogromne. Sa sistemom od milion kubita, naučnici bi teoretski mogli razotkriti najsloženije hemijske misterije, objasniti zašto određeni materijali korodiraju ili pucaju, ili razjasniti kako određeni enzimi deluju kao katalizatori u poljoprivredi i zdravstvu.

Takva otkrića mogu dovesti do stvaranja infrastrukture za samoizlječenje, efikasnijih lijekova ili univerzalne metode za razbijanje plastike i borbu protiv zagađenja mikroplastikom. U kombinaciji s napretkom u umjetnoj inteligenciji, kvantni kompjuteri bi mogli pretvoriti naše ciljeve u "recepte" za nove materijale, potencijalno eliminirajući godine pokušaja i grešaka u istraživanju i razvoju.

„Od početka smo želeli da stvorimo kvantni kompjuter za komercijalni uticaj, a ne samo za intelektualno vođstvo“, rekao je Microsoft's tehnički kolega Matthias Troyer. “Znali smo da nam treba novi kubit. Znali smo da treba da se povećamo.”

Pročitajte takođe: Nuklearni otpad: šta je i kako se odlaže

Prekretnica za Quantum

Na mnogo načina, bitka na polju kvantnog računarstva odražava rane dane revolucije poluprovodnika. Inženjeri su znali da će praktični tranzistori promijeniti svijet, ali prvo su morali riješiti brojne materijalne nauke i izazove dizajna kola.

Slično tome, topološki provodnici bi mogli da urade za kvantno računanje ono što su poluprovodnici nekada činili za klasično računarstvo, obezbeđujući stabilnu, skalabilnu osnovu neophodnu za sledeću generaciju računarske snage.

The Majorana 1 čip, dizajniran za smještaj milion kubita i veličine vašeg dlana, signalizira da bi era kvantnih "milion kubita" mašina mogla biti bliže nego što mislimo. Naravno, stvarne kvantne mašine velikih razmjera i dalje zahtijevaju godine razvoja.

Frižideri za razrjeđivanje, kontrolna logika, softverski paketi i cijeli računski ekosistem moraju se integrirati neprimjetno. Međutim, topološki pristup je djelimično uklonio najveće naučne prepreke u vezi sa “kako održati stabilnost kubita i kako ih pouzdano izmjeriti”.

“Jedna stvar je otkriti novo stanje materije,” rekao je Nayak, “druga je koristiti je za ponovno promišljanje kvantnog računanja na skali.” Čini se da Microsoft učinio je oboje, potisnuvši kvantnu tehnologiju izvan laboratorijskih postavki i unaprijedivši je prema praktičnom utjecaju. Potraga za stabilnim kubitima može konačno ustupiti mjesto eri u kojoj je kvantni hardver pouzdaniji, put do milion kubita je ucrtan, a komercijalne aplikacije su na horizontu.

Ako ova tehnologija ispuni svoja obećanja, to neće biti samo prekretnica Microsoft. To bi moglo značiti promjenu paradigme u načinu na koji razvijamo sve – od naprednih materijala i farmaceutskih proizvoda do složenih ekoloških rješenja. I zato Majorana 1 je tako velika stvar.

Pročitajte takođe: 

• Kako se Tajvan, Kina i SAD bore za tehnološku dominaciju: veliki rat čipova
• Tranzistori budućnosti: čeka nas nova era čipova