Microsoft odsłonięte Jego Chip Majorana 1 w środę, twierdząc, że pokazuje, że obliczenia kwantowe to „lata, a nie dziesięciolecia” z dala od praktycznego zastosowania, dostosowując się do podobnych prognoz Google i IBM w zakresie postępów w technologii obliczeniowej.
Microsoft przedstawia Chip Majorana 1 do praktycznego obliczeń kwantowych
Obliczanie kwantowe obiecuje wykonać obliczenia, które przyjmowałyby systemy klasyczne miliony lat, potencjalnie zrewolucjonizując dziedziny, takie jak medycyna i chemia. Stanowi jednak również zagrożenie dla obecnych systemów bezpieczeństwa cybernetycznego, opierając się na wydłużonym czasie wymaganym dla klasycznych komputerów do przełamania metod szyfrowania.
Znaczącą przeszkodą w obliczeniach kwantowych jest zarządzanie kubitami, podstawowymi jednostkami informacji kwantowych, które są szybkie, ale trudne do kontrolowania i podatne na błędy. Microsoft twierdzi, że układ Majorany 1 jest mniej podatny na błędy w porównaniu z konkurentami i cytuje nadchodzący artykuł w czasopiśmie Natura jako dowód.
Oś czasu dostępności przydatnych komputerów kwantowych podlega debaty w branży technologicznej. CEO NVIDIA Jensen Huang niedawno stwierdzono że technologia jest dwie dekady od przekroczenia układów swojej firmy, które są integralną częścią sztucznej inteligencji. Natomiast Google stwierdził, że aplikacje komercyjne do obliczeń kwantowych leżą zaledwie pięć lat, podczas gdy IBM przewiduje, że komputery kwantowe na dużą skalę będą działać do 2033 roku.
Opracowany przez prawie dwie dekady, układ 1 Majorany wykorzystuje cząsteczkę subatomową znaną jako Majorana Fermion, teoretycznie w latach 30. XX wieku, która ma cechy, które mogą uczynić ją mniej podatną na błędy. Microsoft zaprojektował układ za pomocą arsenku indu i aluminium, wykorzystując nadprzewodzący nanoprzewód do monitorowania cząstek, ze standardowym sprzętem obliczeniowym do kontroli.
Chociaż układ Majorany 1 ma mniej kubitów niż konkurencyjne oferty Google i IBM, Microsoft uważa, że jego układy będą wymagały mniejszych kubitów z powodu niższych poziomów błędów. Nie zapewniono konkretnego harmonogramu skalowania w celu stworzenia silniejszych komputerów kwantowych, ale firma utrzymuje, że postępy są na horyzoncie.
Jason Zander, wiceprezes Microsoft, nadzorujący długoterminowe inicjatywy strategiczne, opisał Majorana 1 jako „wysokie ryzyko, wysokie nagrody” wyprodukowane w Microsoft Labs zlokalizowanych w stanie Waszyngton i Danii. „Najtrudniejszą częścią jest rozwiązanie fizyki. Nie ma na to podręcznika i musieliśmy go wymyślić – powiedział Zander w wywiadzie dla Reutersa.
Filipista Harvard, Philip Kim, który nie był zaangażowany w badania, nazwał Majorany Fermions jako znaczący temat wśród fizyków i uznał pracę Microsoftu za „ekscytujący rozwój”, który pozycjonuje firmę na czele badań kwantowych. Zauważył obiecującą naturę hybrydowego podejścia Microsoft, które łączy tradycyjne półprzewodniki i egzotyczne nadprzewodniki dla potencjalnie skalowalnych układów.
Naukowcy Microsoft stwierdzili, że stworzyli nowy stan materii zwany „topologiczną qubitą”, który można wykorzystać w celu rozwiązania złożonych wyzwań matematycznych, naukowych i technologicznych. Rozwój ten umieszcza Microsoft w konkurencyjnym krajobrazie, co sugeruje ewolucję technologii poza sztuczną inteligencją.
Konkurs zintensyfikowany w grudniu, kiedy Google zademonstrował eksperymentalny komputer kwantowy wypełniający obliczenia w ciągu pięciu minut, a rozwiązanie tradycyjnych superkomputerów zajęłoby 10 septilardów. Microsoft zamierza ulepszyć technologię kwantową potencjalnie przewyższającą metody Google poprzez włączenie kubitów topologicznych do układu, który łączy zalety klasycznych półprzewodników i nadprzewodników.
W wyjątkowo niskich temperaturach Chip wykazuje unikalne zachowanie, które według Microsoft umożliwi rozwiązania wyzwania nieosiągalnych przez klasyczne systemy. Firma twierdzi, że jej technologia jest mniej niestabilna niż inne technologie kwantowe, co poprawia wykonalność wykorzystania tej mocy.
Pomimo sceptycyzmu niektórych naukowców dotyczących wykonalności postępów Microsoft, technologia omówiona w artykule badawczym opublikowanym w Nature w środę napędza wysiłki, które mogłyby znacząco wpłynąć na krajobrazy technologiczne. Postępy mogą mieć szersze implikacje, w tym zdolność do naruszenia szyfrowania, które zapewnia bezpieczeństwo narodowe.
Podczas gdy Stany Zjednoczone rozwijają obliczenia kwantowe przede wszystkim za pośrednictwem głównych korporacji, takich jak Microsoft, Chiny podobno inwestują 15,2 miliarda dolarów w technologię, wraz z zaangażowaniem Unii Europejskiej w wysokości 7,2 miliarda dolarów.
Obliczanie kwantowe, zakorzenione w dziesięcioleciach badań mechaniki kwantowej, wciąż znajduje się na etapie eksperymentalnym. Jednak ostatnie postępy Microsoft, Google i innych graczy mogą wkrótce umożliwić dziedzinę spełnienie jej przewidywanego potencjału.
Zrozumienie, w jaki sposób obliczenia kwantowe różni się od tradycyjnego obliczeń polega na rozpoznaniu, że klasyczne komputery używają bitów do przechowywania i przetwarzania informacji w formie binarnej (1 lub 0). Natomiast komputery kwantowe manipulują kubitami, które mogą reprezentować kombinację 1 i 0 jednocześnie. Ta właściwość pozwala komputerowi kwantowe przechowywać znacznie większe ilości informacji wraz ze wzrostem liczby kubitów.
Podczas gdy wiele firm, w tym Google, wykorzystuje przede wszystkim nadprzewodniki do tworzenia kubitów poprzez chłodzenie metali do niskich temperatur, Microsoft koncentruje się na hybrydowym podejściu, które łączy półprzewodniki i nadprzewodniki, pochodzące z zasad konceptualizowanych przez fizykę Aleksei Kitav w 1997 roku.
Projekt Microsoftu, który rozpoczął się na początku 2000 roku, jest jego najdłużej działającą inicjatywą badawczą, z zaangażowaniem wszystkich trzech jego dyrektorów generalnych, w tym obecnego dyrektora generalnego Satya Nadella. Firma opracowała urządzenie złożone z arsenu indu i aluminium; Po schłodzeniu do około 400 stopni poniżej zera, wyświetla zachowania, które mogą potwierdzić żywotność obliczeń kwantowych.
Philip Kim opisane Stworzenie jako znaczące, stwierdzając, że kubity topologiczne mogą popchnąć pole do przodu. Niemniej jednak Jason Alicea, profesor fizyki teoretycznej, zasugerował, że pozostaje niepewność co do realizacji prawdziwej topologicznej qubitu i wezwał do weryfikacji roszczeń, podkreślając, że projekt jest obiecujący przyszłe postępy w technologii kwantowej.
Obecnie Microsoft zgłosił konstruowanie tylko ośmiu kubitów topologicznych, które nie są jeszcze skalibrowane w celu znaczących obliczeń, ale są uważane za kluczowy krok w kierunku osiągnięcia silniejszego obliczeń kwantowych. Pomimo problemów technologicznych z błędami naukowcy badają metody zwiększania dokładności i wydajności.
Jak pokazał Google w swoich eksperymentach, zwiększenie liczby qubitów znacznie zmniejsza błędy za pomocą zaawansowanych technik matematycznych, które mogą stać się bardziej skuteczne w przypadku Microsoft, jeśli przekształcone są kubity topologiczne, potencjalnie oferując mniej skomplikowane podejście do korekty błędów.
Chociaż kubity mogą jednocześnie przechowywać wiele wartości, stają przed wyzwaniem dekorencji po pobraniu informacji, zwinięte w konwencjonalny kawałek. Naukowcy muszą zająć się tym, jak utrzymać integralność systemów opartych na Qubit podczas pracy. Microsoft uważa, że unikalne właściwości kubitów topologicznych mogą rozwiązać to wyzwanie, w którym pozostałyby stabilne, gdy są dostępne informacje.
Wyróżniony obraz Obraz Kredyt: Microsoft
