Microsoft анонсировала новый квантовый процессор и была встречена скептически

Новость звучит потрясающе. В среду Microsoft представила новый тип квантового чипа под названием Majorana 1, основанный на топологических квантовых битах. Эти квантовые биты гораздо менее подвержены ошибкам, чем те, которые используют такие компании, как Google, IBM или IonQ. Microsoft обещает, что с помощью топологических квантовых битов можно будет создавать квантовые компьютеры, способные решать значимые задачи всего за несколько лет, а не десятилетий.

Компания говорит о решительном шаге вперед и ссылается на публикацию, появившуюся в тот же день в журнале «Nature» . Однако нет никаких упоминаний о топологическом квантовом бите, не говоря уже о чипе с несколькими такими битами. Вместо этого утверждается, что полученные результаты представляют собой значительный шаг вперед на пути к реализации топологического квантового бита. Так какова же позиция Microsoft в отношении ее исследований?

Неоспорим тот факт, что топологические квантовые биты значительно ускорят создание мощного квантового компьютера. Современные квантовые компьютеры используют для хранения информации нейтральные атомы, ионы или крошечные сверхпроводящие цепи. Эти квантовые биты можно помещать в состояния, которые позволяют выполнять вычисления гораздо эффективнее, чем с состояниями обычного бита. Есть надежда, что однажды мы сможем решать задачи, с которыми не справятся даже современные суперкомпьютеры.

Однако используемые сегодня квантовые биты очень подвержены ошибкам. Даже самое незначительное возмущение приводит к распаду чувствительных квантовых состояний, и все преимущество перед классическим компьютером исчезает. Поэтому тенденция заключается в объединении множества квантовых битов в логический квантовый бит, который менее подвержен ошибкам, чем отдельные биты. Недавно Google показал, что этот подход является многообещающим. Однако для этого требуется огромная надстройка из квантовых битов, которая не делает ничего, кроме исправления ошибок.

Microsoft уже давно придерживается иного подхода. Компания пытается разработать квантовые биты, которые изначально надежны и, следовательно, требуют меньшей частоты корректировки. Для этого квантовая информация должна храниться таким образом, чтобы быть невосприимчивой к отдельным помехам. Тогда говорят, что квантовая информация топологически защищена.

Исследования таких топологических квантовых битов ведутся уже много лет. Основная идея заключается в контакте полупроводниковой нанопроволоки со сверхпроводником. Если параллельно проводу приложить магнитное поле, на его концах должны образоваться два возбужденных состояния. Эти пространственно разделенные, но взаимосвязанные состояния называются состояниями Майораны. Теоретически они подходят для хранения квантовой информации.

В публикации в журнале Nature исследователи Microsoft демонстрируют, как можно различить два состояния квантового бита: 0 и 1. Однако они не могут исключить, что измеренные различия вызваны другими эффектами в нанопроволоке и, следовательно, не имеют ничего общего с устойчивыми состояниями Майораны. По словам физика твердого тела Клауса Энслина из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, эксперимент Microsoft пока нельзя описать как топологический квантовый бит.

Однако это не мешает Microsoft публично заявить о том, что ей удалось преодолеть решающее препятствие на пути к отказоустойчивому квантовому компьютеру. Дословно там говорится: «Сегодня мы продемонстрировали первый в мире топологический кубит».

По словам Четана Наяка, отвечающего за разработку топологического квантового компьютера в Microsoft, публикация была отправлена ​​в Nature год назад. С тех пор был достигнут значительный прогресс. Разработан чип с восемью топологическими квантовыми битами. Кроме того, было показано, как такой бит можно перевести в состояние, одновременно представляющее значения 0 и 1. Такие состояния суперпозиции отличают квантовый бит от обычного бита, который может представлять только одно из этих двух значений.

По словам Наяка, эти дополнительные результаты были представлены на этой неделе на встрече с более чем сотней ученых. В DARPA также убеждены в эффективности этой концепции. Недавно Министерство обороны США приняло решение поддержать создание топологического квантового компьютера.

Если новые результаты Microsoft верны, это действительно станет важным шагом вперед. Однако пока нет публикации, это невозможно оценить серьезно.

Компания Microsoft могла предположить, что ее подход будет встречен скептически. Это не первый случай, когда в этой области обещают слишком много. В 2018 году финансируемая Microsoft исследовательская группа из Делфтского технического университета опубликовала в журнале Nature статью, в которой представила убедительные доказательства существования майорановских состояний. Через два года его пришлось отозвать . Группа экспертов пришла к выводу, что авторы представили только те данные, которые подтверждают их гипотезу. Данные, ставящие под сомнение успех проекта, были опущены.

Компания Microsoft прекратила сотрудничество с Делфтским техническим университетом. С тех пор исследования топологических квантовых компьютеров в основном проводились в лабораториях компании.

Однако в последние годы сама Microsoft, похоже, усомнилась в своем успехе. Параллельно с исследованиями топологических квантовых битов компания инвестировала в два стартапа, которые используют традиционные квантовые биты: квантовые компьютеры Quantinum производят вычисления с использованием ионизированных атомов, а квантовые компьютеры Atom Computing производят вычисления с использованием нейтральных атомов. За последние месяцы Microsoft совместно с обоими партнерами продемонстрировала, как можно успешно сократить количество ошибок в квантовых битах. Сможет ли топологический квантовый компьютер достичь своей цели быстрее, можно будет судить только после того, как Microsoft опубликует все данные.

Подпишитесь на редакцию NZZ science на X.