Microsoft разработала новый тип квантовых чипов на топопроводниках

19 февраля 2025 года всемирно известная компания Microsoft произвела настоящую революцию в мире микроэлектроники, выпустив Majorana 1 — квантовый процессор на топопроводниках, которые будут значительно меньше подвержены декогеренции, в в будущем на 1 чипе размером с ладонь можно будет разместить до 1 миллиона кубитов. Microsoft заявили, что суперкомпьютеры на базе топопроводниковых квантовых чипов могут появиться уже в ближайшие несколько лет. 

Топологические сверхпроводники — это совершенно новый тип материала на основе арсенида индия и алюминия, который Microsoft ввели для описания передового класса квантовых чипов Majorana 1. Преимущество топопроводников по сравнению с другими материалами заключается в том, что они позволяют создавать и управлять майорановскими нулевыми нодами (фермионы Майораны). Майораны — это особые квантовые частицы, которые предотвращают процессы, связанные с декогеренцией, то есть взаимодействием квантовых частиц с окружающей средой, что ведет к ошибкам в вычислениях. Другими словами, топопроводниковые кубиты, лежащие в основе Majorana 1, значительно более защищены от внешних помех и последующим ошибкам, чем традиционные квантовые кубиты. 

Кроме того, в документации Microsoft сказано, что новый тип квантового материала также упрощает процессы «переплетения», которые являются основополагающими операциями в логике QPU, защищенных от декогеренции. Разработчики Microsoft объяснили, что процесс создания Топологических сверхпроводников, по сути, представляет собой напыление атома на атом, что создает идеальные условия для работы кубитов. Несмотря на то, что в данный момент Majorana 1 имеет лишь 8 топологических кубитов, технология проектирования таких квантовых процессоров позволяет уместить в одном чипе до 1 миллиона кубитов, в то время как предыдущий лидер индустрии QPU Osprey от IBM имеет всего 433 кубита. Такие широкие возможности масштабирования обеспечиваются строением нового типа кубитов — они имеют форму буквы Н, на каждом конце которой расположены “ловушки” с фермионом Майораны, благодаря чему масштабирование новых QPU аналогично интеграции транзисторов в классическом CPU.

Вычислительные возможности топологических проводников поражают — с их помощью ученые смогут получать рецепты новых материалов и типов молекул, не встречающихся в природе, или узнать о способах создания катализаторов для разложении пластика на безопасные вещества. Эти лишь малая часть всех сфер, в которых будут полезны новые QPU — на деле, эти устройства могут провести революцию абсолютно во всех сферах деятельности — от медицины до производства. Однако, для правильного функционирования тополигических чипов, необходимо использовать криогенные системы охлаждения, а также он должен взаимодействовать с традиционной компьютерной системой, чтобы обрабатывать квантовую информацию, полученную от Majorana 1. 

Microsoft занималась разработкой Majorana 1 более 20 лет, и их титанические усилия не прошли даром — компании удалось не только создать материал, открывающий доступ к совершенно новому состоянию веществ, но и преодолеть барьер масштабирования квантовых процессоров, при этом решив проблему декогеренции.  До этого момента сделать подобный прорыв не удавалось даже таким компаниям, как Google и IBM, которые считаются одними из главных игроков на рынке квантовых вычислений.  Это событие может стать началом новой эпохи в секторе микроэлектроники, важность которой сравнима с открытием полупроводников в 20 веке. Но по-настоящему оценить возможности Majorana 1 и последующих моделей топологических чипов от Microsoft широкая общественность сможет только после появления первых суперкомпьютеров на базе этих передовых устройств.