Microsoft представила новый квантовый чип — в 1000 раз надежнее предыдущего

Компания Microsoft представила Majorana 2, топологический квантовый чип следующего поколения, разработанный с помощью искусственного интеллекта Microsoft Discovery. При его создании была использована многослойная структура материалов нового поколения и кубиты, которые в 1000 раз надежнее своих предшественников.

Традиционные вычисления основаны на информации, закодированной либо в виде единицы, либо в виде нуля. Квантовые биты — кубиты — представляют собой вероятность обоих значений, что позволяет теоретическим квантовым машинам решать задачи, недоступные для классических компьютеров.

Благодаря достигнутому прогрессу компания теперь рассчитывает создать масштабируемый квантовый компьютер к 2029 году, сократив первоначальные сроки вдвое.

Применяя последние достижения в области искусственного интеллекта, специально разработанного для ускорения научного процесса и активизации сотрудничества, отдел квантовых вычислений Microsoft, как заявляется, преодолел ключевые барьеры в отношении надежности, скорости и масштабов, которые ограничивали применение квантовых вычислений в реальных условиях.

Кубиты нового чипа могут сохранять свое квантовое состояние в 1000 раз дольше, чем у первого поколения, что обеспечивает более надежные вычисления. В то время как другие распространенные подходы измеряют «время жизни» кубита в микросекундах, Majorana 2 обеспечивает среднее время жизни кубита в 20 секунд, а в некоторых случаях — до одной минуты. Это улучшение примерно сравнимо с изобретением батареи для телефона, которая вместо того чтобы разряжаться за день, могла бы работать почти три года от одной зарядки.

Исключительная надежность, высокая скорость (операции за одну микросекунду) и малый размер кубита (1/100 ^{миллиметра}) позволили команде проложить путь к созданию масштабируемого квантового компьютера, имеющего коммерческую ценность, к 2029 году. По словам компании, такая машина могла бы решать сложные проблемы в области глобального здравоохранения, продовольственного снабжения, устойчивого развития, производства энергии и многого другого.

«Нам необходимо ежегодно совершенствоваться, чтобы приблизиться к созданию компьютера, который, по нашему мнению, будет иметь огромную коммерческую и социальную ценность, — сказал Четан Наяк, технический специалист Microsoft. — Мы должны продолжать двигаться по этому плану, чтобы достичь этой цели, но как сейчас обстоят дела по сравнению с прошлым годом? Мы стали в 1000 раз лучше».

Для этого всё равно потребуются огромные дальнейшие усовершенствования, поскольку такое устройство потребует миллионов кубитов — по словам Алама, в нынешнем чипе их 12 (в предыдущем было 8).

Проверить заявления Microsoft сложно, поскольку компания не раскрывает все подробности своих открытий, ссылаясь на коммерческую тайну.

Компания Microsoft потратила 20 лет на разработку подхода к квантовым вычислениям, известного как «топологический».

Подход компании к этому основан на использовании свойств так называемой квазичастицы, которая существовала только в теории с тех пор, как была впервые предсказана в 1930-х годах итальянским физиком Этторе Майораной.

Для этого необходимо было использовать новое состояние вещества, отличное от трех привычных состояний: жидкости, твердого вещества и газа.

Ориентация Microsoft на топологические кубиты порой вызывала споры.

Организация была вынуждена отозвать статью, опубликованную в журнале Nature в 2018 году, в которой утверждалось, что были найдены доказательства существования Майораны.

Но компания продолжала работать над этим, и ее первый чип Majorana был выпущен в 2025 году.

Заявленные Microsoft сроки позволяют предположить, что их квантовые компьютеры смогут решать задачи, на решение которых могут уйти десятилетия, например избавление от микропластика или разработка более эффективных удобрений для производства продуктов питания.

Однако этому процессу препятствует фундаментальная сложность квантовых вычислений. Кубиты чрезвычайно хрупки, и даже мельчайшие изменения температуры или небольшая вибрация могут повлиять на них и вызвать ошибки. Обеспечение их более длительной работы — серьезная задача для всей квантовой индустрии. Квантовые машины находятся на начальной стадии развития, и хотя многие компании соревнуются в создании масштабируемых компьютеров, пока никому это не удалось.

По заявлению Microsoft, проект Majorana 1, представленный всего год назад, был революционным, поскольку в нем использовался топологический сверхпроводник — особая категория материалов, способных создавать совершенно новое состояние материи, обеспечивающее более стабильные квантовые вычисления. Для улучшения первоначальной концепции команда пересмотрела структуру материалов.

В оригинальном сверхпроводнике Майораны использовался алюминий, но в Майоране 2 используется свинец, который обычно применяется для защиты людей и оборудования от радиации в больницах и на промышленных предприятиях.

Ключевые элементы квантовых устройств Майораны проектируются атом за атомом. Для удержания каждого атома в правильном положении в кристаллическую структуру может быть добавлен другой материал, примесь. Но добавление слишком большого количества или неправильным способом нарушает структуру, поэтому достичь баланса сложно.

Проект квантовых вычислений включает в себя множество взаимосвязанных элементов — программное обеспечение, архитектуру, дизайн, структуру материалов, технологические процессы изготовления, измерения и так далее. Изменение в одной области может иметь последствия, требующие компенсации в других областях. В настоящее время агенты искусственного интеллекта помогают отслеживать такие сложные и взаимосвязанные соединения.

Несколько крупных компаний соревнуются в создании работающих квантовых компьютеров, которые, по их мнению, преобразят финансы, медицину и кибербезопасность. Хотя некоторые из них недавно продемонстрировали впечатляющие успехи, ни одной из них не удалось показать возможности применения за пределами научных исследований. Подход Microsoft отличается от методов, используемых Google, IBM и другими компаниями.