© ROOT-NATION.com - Ezt a cikket az AI automatikusan lefordította. Az esetleges pontatlanságokért elnézést kérünk. Az eredeti cikk elolvasásához válassza a lehetőséget English a fenti nyelvváltóban.
Microsoft, bemutatja az új Majorana 1 kvantumprocesszor, egy járható utat vázolt fel egy millió kvbites kvantumchip felé. De vajon ez az új halmazállapot valóban áttörést jelent-e a kvantumszámítástechnikában, vagy ez csak egy újabb lépés az evolúciójában?
A kvantumszámítást régóta a technológia következő határának tekintik, amely megoldásokat ígér olyan problémákra, amelyek még a legerősebb modern szuperszámítógépek számára is elérhetetlenek. A kutatók azonban évek óta küszködtek egy alapvető kihívással – hogyan lehet olyan rendszert felépíteni, amely képes kezelni a kvantuminformáció alapegységei, a qubitek bonyolult fizikáját anélkül, hogy a zajnak, az instabilitásnak és a skálázhatósági problémáknak engednének.
Microsoft most azt állítja, hogy új irányt állított fel vele Majorana 1 chip, egy újítás, amelyet Topological Core architektúrának nevez. A hagyományos félvezetőkből vagy szupravezető anyagokból készült hagyományos qubitekkel ellentétben, Majorana 1 valami egészen másra támaszkodik – a topológiai vezetőkre. Ezek az anyagok új halmazállapotot, topológiai fázist idézhetnek elő, amely különbözik a hagyományos szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapottól.
De miért számít ez? Ennél is fontosabb, hogy a kvantumfizika területén kívül miért érdekelne bárkit is? A kvantumszámításban rejlő lehetőségek messze túlmutatnak a kutatólaboratóriumokon, és mindent befolyásol, az öngyógyító építőanyagok fejlesztésétől a műanyagot ártalmatlan melléktermékekké bontó katalizátorok optimalizálásáig. Microsoft úgy véli, hogy azzal Majorana 1, ezek az áttörések éveken belül valósággá válhatnak, nem pedig évtizedeken belül.
Olvassa el: Használd vagy veszítsd el: Hogyan változtatja meg az AI az emberi gondolkodást
Még egy pillantás a kockákra
A lényege Microsoft's fejlődése egy új topológiai vezetőanyag. Az indium-arzenidből (félvezető) és alumíniumból (szupravezető) készült, amint egy kutató leírta, „szó szerint atomról atomra összerakott”. Az eredmény egy rendkívül tiszta környezet, amely képes fenntartani a Majorana fermionok néven ismert megfoghatatlan kvantumrészecskéket.
A Majorana fermionok elméletileg az egyik legmegbízhatóbb módszer a kvantuminformációk tárolására. Egyedülálló tulajdonságaik segítenek megvédeni az adatokat a környezeti zajoktól, megőrizve a törékeny kvantumállapotokat. A hagyományos qubitek rendkívül érzékenyek és hajlamosak a dekoherenciára – egy olyan folyamatra, amelyben a kvantumállapotok külső interferencia hatására felbomlanak. Még a kisebb zavarok is, mint például a szórt elektromágneses jelek, a hőmérséklet-ingadozások vagy az apró fizikai zavarok, hibákat okozhatnak. Ez a benne rejlő törékenység régóta nagy akadálya a stabil és méretezhető kvantumszámítógépek építésének.
Microsoft most azt állítja Majorana 1A topológiai qubitek hardverszintű hibatűrést kínálnak, hatékonyan integrálva a stabilitást a qubit tervezésébe. Egyszerűen fogalmazva, ez jelentősen praktikusabbá és könnyebben méretezhetővé teheti a kvantumszámítógépeket.
„Tettünk egy lépést hátra, és megkérdeztük: „Hogy nézne ki egy tranzisztor a kvantumkorszakban? Milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie?” – mondta Chetan Nayak, a műszaki munkatárs Microsoft. „Az út, ahogy idáig eljutottunk, egy egyedülálló kombináció – specifikus anyagminőség és kritikus részletek az új anyagkészletünkben –, amely lehetővé tette számunkra, hogy új típusú qubitet hozzunk létre, és végső soron a teljes architektúránkat.”
Olvassa el: Tektonikus eltolódások az AI-ban: Is Microsoft Viszont a DeepSeek?
Miért olyan jelentős ez az áttörés
A kvantumszámításnak megvan a lehetősége arra, hogy forradalmasítsa a problémamegoldást, különösen azokon a területeken, amelyek hatalmas adathalmazokat vagy összetett kölcsönhatásokat foglalnak magukban a kémiában, a fizikában és az anyagtudományban. Azonban még néhány száz vagy ezer qubit elérése, amelyek megbízhatóan működnek, továbbra is kihívást jelent.
Az egyik velejáró probléma, hogy a qubitek hajlamosak a hibákra. A hibajavítással rendelkező rendszerek felépítése általában jelentős többletköltséget igényel, további qubitek felhasználásával csak néhány „logikai qubit” stabilizálására, amelyek elvégzik a számításokat.
A topológiai megközelítés célja a hibajavítás többletköltségének csökkentése azáltal, hogy minden egyes qubit eredendően stabilabbá válik. Ez jelentős ugrást jelent egy millió qubit kezelésére képes gép felépítésében. Ezt a küszöböt a szakértők elengedhetetlennek tartják a valós problémák megoldásához, például új gyógyszerek kutatásához, összetett ellátási láncok optimalizálásához, vagy olyan öngyógyító anyagok felfedezéséhez, amelyek javíthatják a hidak repedéseit, repülőgép-alkatrészek repedéseit vagy akár a telefon képernyőjén lévő karcolásokat.
Egymillió kubit elérése elég kicsi ahhoz, hogy a tenyerében elférjen, úgy hangozhat, mint valami sci-fi. Viszont, Microsoft úgy véli, hogy ez a lépték a topológiai mag architektúráján keresztül érhető el.
„A kvantumteret felfedezve egy millió qubithez vezető útnak kell lennie. Enélkül falba ütközik, mielőtt elérné a minket hajtó valóban fontos problémák megoldásához szükséges mértéket” – mondta Chetan Nayak. "Tulajdonképpen feltérképeztük az utat egy millióhoz."
Olvassa el:
Az ellenőrzés és a mérés újragondolása
A qubiteknek többre van szükségük, mint pusztán stabilitásra – mérhetőnek is kell lenniük ahhoz, hogy hasznos eredményeket hozzanak. A hagyományos módszerek gyakran az egyes qubitek analóg módon történő finomhangolásán alapulnak, ez egy összetett és időigényes folyamat, amely kezelhetetlenné válik a qubitek számának növekedésével.
Microsoft megkerüli ezt a kihívást egy „digitális kapcsoló” bevezetésével, amely összeköti a nanovezeték végeit (ahol a Majoranák találhatók) egy kvantumponttal. Ez a kvantumpont olyan elektromos töltést tárol, amely a jelenlévő elektronok számától függően változik, hasonlóan az „egymilliárd” és az „egymilliárd és egymilliárd” közötti különbségtételhez. Ez a töltéskülönbség jelzi, hogy a qubit páros vagy páratlan állapotban van, ami a kvantumszámítások kulcsfontosságú adata.
Ami lényeges, az az, hogy a méréseket feszültségimpulzusokkal lehet be- vagy kikapcsolni, ami jobban hasonlít a digitális kapcsoló megfordításához, mint az érzékeny tárcsák beállításához. Ez a megközelítés megszabadítja a mérnököket attól, hogy minden qubitet külön-külön kalibráljanak, ami nagyságrendekkel csökkentheti a rendszer összetettségét. Ezenkívül, mivel hardverszinten stabil, a folyamat kevesebb további qubitet igényel a hibajavításhoz.
Olvassa el: Biomimikri: Hogyan inspirálja a természet a mérnököket az innovációra
A lehetetlen megteremtése: az anyag új állapota
Az anyag topológiai állapotának fogalma – az anyag szilárd anyagoktól, folyadékoktól és gázoktól eltérő fázisa – absztrakt kvantummechanikának tűnhet. Ennek a megközelítésnek azonban ez az alapja. Topológiai vezetők létrehozása szükséges Microsoft egy teljesen új anyagosztály kifejlesztésére.
MicrosoftA topologikus qubit architektúra, amelyet alumínium nanohuzalokból kialakított apró „H”-ként alakítanak ki, négy vezérelt Majoranát egyesít egyetlen qubitté. Ezek az egyes qubitek ezután elrendezhetők egy chipen, amely egyenes utat biztosít a méretezéshez.
„Nehéz, mert egy új halmazállapotot kellett bemutatnunk ahhoz, hogy odaérjünk, de utána már viszonylag egyszerű. Olyan, mint a csempézés. Sokkal egyszerűbb architektúrája van, amely sokkal gyorsabb skálázási utat ígér” – mondta Krista Swore, a cég másik műszaki munkatársa. Microsoft.
Ez az új anyagállapot is az oka annak, hogy a Majorana fermionok olyan megfoghatatlanok: a természet nem hozza létre őket spontán módon. Létezésük előidézéséhez abszolút nulla körüli hőmérsékletre, gondosan összehangolt mágneses mezőkre, valamint hibátlan interfészre van szükség a szupravezető alumínium és a félvezető indium-arzenid között. Egy zavar az atomszerkezetben, és a qubit meghibásodik. Ez figyelemre méltó áttörés az anyagtudományban, rávilágítva a mérnöki kihívások mértékére Microsoft le kellett győznie.
Olvassa el: 10 példa az AI legfurcsább felhasználási területeire
A valódi megoldásokhoz vezető út
Mint minden ambiciózus kutatásnál a kvantumszámítás területén, évekbe telhet az eredmények teljes megvalósítása. Viszont, Microsoft pozíciók Majorana 1 mint a rejtvény hiányzó darabja, amely felgyorsítja a Quantum azon képességét, hogy megoldja az iparágat formáló problémákat. A magas kockázatú és költséges technológiák finanszírozásáért felelős Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) egyetérteni látszik. Microsoft egyike annak a két vállalatnak, amelyet a DARPA Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) programjának utolsó szakaszába választottak, és amelynek célja az első valódi kereskedelmi értékkel bíró hibatűrő kvantumszámítógép kifejlesztése.
A következmények óriásiak. Egy millió kubites rendszerrel a tudósok elméletileg megfejthetik a legbonyolultabb kémiai rejtélyeket, megmagyarázhatják, hogy bizonyos anyagok miért korrodálódnak vagy repedeznek, vagy tisztázhatják, hogy bizonyos enzimek miként működnek katalizátorként a mezőgazdaságban és az egészségügyben.
Az ilyen felfedezések öngyógyító infrastruktúra, hatékonyabb gyógyszerek vagy univerzális módszer létrehozásához vezethetnek a műanyagok lebontására és a mikroműanyag-szennyezés elleni küzdelemre. A mesterséges intelligencia fejlődésével kombinálva a kvantumszámítógépek céljainkat új anyagok „receptjévé” változtathatják, potenciálisan kiküszöbölve az évekig tartó próbálkozásokat és hibákat a kutatásban és fejlesztésben.
"A kezdetektől fogva egy kvantumszámítógépet akartunk létrehozni kereskedelmi hatásra, nem csak szellemi vezetésre" - mondta. MicrosoftMatthias Troyer műszaki munkatársa. „Tudtuk, hogy szükségünk van egy új qubitre. Tudtuk, hogy skáláznunk kell.”
Olvassa el: Nukleáris hulladék: mi ez és hogyan ártalmatlanítják
Fordulópont a Quantum számára
A kvantumszámítás területén folyó csata sok tekintetben a félvezetők forradalmának korai napjait tükrözi. A mérnökök tudták, hogy a gyakorlati tranzisztorok megváltoztatják a világot, de először számos anyagtudományi és áramkör-tervezési kihívást kellett megoldaniuk.
Hasonlóképpen, a topologikus vezetők a kvantumszámításhoz is alkalmasak lehetnek arra, amit egykor a félvezetők a klasszikus számítástechnikában, biztosítva a következő generációs számítási teljesítményhez szükséges stabil, skálázható alapot.
A Majorana 1 chip, amelyet egymillió qubit befogadására terveztek, és körülbelül akkora, mint a tenyered, azt jelzi, hogy a kvantum „millió qubites” gépek korszaka közelebb lehet, mint gondolnánk. Természetesen a tényleges nagyméretű kvantumgépek még évekig tartó fejlesztést igényelnek.
A hígítóhűtőknek, a vezérlési logikának, a szoftvercsomagoknak és a teljes számítási ökoszisztémának zökkenőmentesen kell integrálódnia. A topológiai megközelítés azonban részben elhárította a legnagyobb tudományos akadályokat, „hogyan lehet fenntartani a qubit stabilitását és megbízhatóan mérni azokat”.
„Az egyik dolog az anyag új halmazállapotának felfedezése – mondta Nayak –, a másik az, hogy felhasználjuk a kvantumszámítás skálán történő újragondolására. Úgy tűnik, hogy Microsoft mindkettőt megtette: a kvantumtechnológiát túllépte a laboratóriumi beállításokon, és továbbfejlesztette a gyakorlati hatások felé. A stabil qubitek keresése végre átadhatja helyét egy olyan korszaknak, ahol a kvantumhardver megbízhatóbb, az egymillió qubithez vezető út fel van rajzolva, és kereskedelmi alkalmazások is a láthatáron vannak.
Ha ez a technológia beváltja a hozzá fűzött reményeket, akkor nem csak fordulópont lesz Microsoft. Paradigmaváltást jelenthet abban, ahogyan mindent fejlesztünk – a fejlett anyagoktól és gyógyszerektől a komplex környezetvédelmi megoldásokig. És ezért Majorana 1 olyan nagy dolog.
Olvassa el:
- Hogyan harcol Tajvan, Kína és az USA a technológiai dominanciaért: a nagy chipháború
- A jövő tranzisztorai: A chipek új korszaka vár ránk
