Почему физики сомневаются в новом квантовом чипе Microsoft?

Microsoft представила новый чип квантового компьютера, который может сохранять квантовое состояние в 1000 раз дольше, чем его предшественник. Новый продукт может проложить путь к новым, надежным квантовым компьютерам к 2029 году. Но скептики сомневаются, что компания действительно совершила прорыв. Портал livescience.com рассказал о семействе чипов Majorana и о том, почему научное сообщество в них не уверено.

Поскольку майорановские частицы не существуют в природе, большая часть их исследований (включая работы Microsoft) была сосредоточена на попытках их синтеза. При определенных обстоятельствах кубиты в чипах Майораны могут достигать «топологического» агрегатного состояния. Атомы образуют связи на больших расстояниях, что позволяет им работать по законам квантовой механики и параллельно обрабатывать компьютерные данные.

Представители Microsoft на выпуске Majorana 1 заявили, что эти кубиты более стабильны и масштабируемы, а также потребляют меньше энергии, чем кубиты, изготовленные из сверхпроводящих металлов. Те, которые обычно используются в квантовых компьютерных системах производства IBM, Google и самой Microsoft. Но в «Майоране-1» они состоят из набора материалов, сочетающих в себе полупроводник из арсенида индия (встречающийся в очках ночного видения) и алюминиевый сверхпроводник. В результате получается топопроводник — топологический сверхпроводник, кубиты которого хранятся в виде стопки материалов.

Каждый кубит, в свою очередь, состоит из двух сверхпроводящих нанопроводов, которые прикреплены к т.н. Узлы Майораны — это фундаментальные «строительные блоки» топологических кубитов, которые хранят данные, используя четное, четное или нечетное количество электронов в проводе.

Майорана-2 отказалась от алюминия в пользу свинца, который предназначен для защиты хрупких кубитов от электромагнитных волн, космического излучения и других помех. А в полупроводнике исследователи добавили к арсениду индия антимонид, что позволило удвоить «топологический зазор» — физический барьер, защищающий кубиты от внешнего шума и ошибок во время вычислений. Обновления также привели к повышению стабильности и надежности чипа.

Однако, ключевые компоненты Майораны 2 были разработаны на атомном уровне, поэтому ученым пришлось добавлять определенные примеси, чтобы кристаллическая структура каждого атома сформировалась правильно. Но если переборщить с количеством примесей или добавить их неправильно, структура нарушится – и для этого специалисты обратились к агентам ИИ. Искусственный интеллект помогал отслеживать сложные пересекающиеся элементы конструкции чипа, поскольку малейшие изменения в программном обеспечении, архитектуре или материалах приводили к эффекту домино.

Технический партнер Microsoft Четан Наяк говорит, что оптимизации позволили компании сдвинуть сроки создания практичного масштабируемого квантового компьютера до 2029 года. Они примерно совпадают с аналогичными сроками конкурентов, но в области топологических квантовых вычислений есть скептики. Так, после запуска Майораны-1 физики усомнились, действительно ли внутри чипа были узлы Майораны. Другие раскритиковали научные отчеты и заявления Microsoft — якобы данные, предоставленные специалистами компании, пока не проверены и не подтверждены.

Хотя топологические кубиты теоретически могут стать будущим квантовых вычислений, они далеко не широко распространены. Физики спорят о том, доказано ли их существование, с 2018 года, и ни одна компания до сих пор не смогла убедительно продемонстрировать работающий топологический кубит.