מיקרוסופט חושפת את Majorana 1 – מעבד קוונטי פורץ דרך

מיקרוסופט

מיקרוסופט מכריזה היום על Majorana 1, השבב הקוונטי הראשון בעולם שמופעל על ידי ארכיטקטורת ליבה טופולוגית חדשה – טופוקונדקטור, על מוליך טופולוגי (Topoconductor). השבב החדש יסייע בבניית מחשבים קוונטים שימושיים שיהיו מסוגלים לפתור בעיות משמעותיות, בקנה מידה תעשייתי, בתוך שנים ולא עשרות שנים.

המערכת מבוססת על הטופוקונדוקטור הראשון בעולם—סוג פורץ דרך של חומר המסוגל לצפות ולשלוט בחלקיקי ה-Majorana1 ובכך לייצר קיוביטים אמינים וניתנים להרחבה, אשר מהווים את אבני הבניין של מחשבים קוונטיים.

באופן דומה להמצאת המוליכים-למחצה, שאפשרה את פיתוחם של סמארטפונים, מחשבים ואלקטרוניקה מודרנית, הטופוקונדוקטורים וסוג השבב החדש מאפשרים לספק דרך לפיתוח מערכות קוונטיות הניתנות להרחבה למיליון קיוביטים—מערכות שיוכלו להתמודד עם האתגרים התעשייתיים והחברתיים המורכבים ביותר.
הארכיטקטורה החדשה הזו, שעליה מבוסס מעבד ה- Majorana 1 מספקת מסלול ברור לפיתוח שבב יחיד בגודל כף יד, המסוגל להכיל ולהתרחב למיליון קיוביטים. זהו סף קריטי שיאפשר למחשבים קוונטיים להציע פתרונות משני מציאות. אפילו כל המחשבים הקיימים בעולם יחד אינם מסוגלים לבצע את מה שמחשב קוונטי בעל מיליון קיוביטים יוכל להשיג.

הטופוקונדקטור, המוליך-על (superconductor) הטופולוגי, מהווה קטגוריה מיוחדת של חומר שיכולה ליצור מצב חדש לגמרי של חומר – לא מוצק, לא נוזל, ולא גז, אלא מצב טופולוגי. על ידי יצירת מצב החומר החדש הזה, מיקרוסופט הצליחה לפתח קיוביטים טופולוגיים – קיוביטים קטנים יותר, מהירים יותר ויציבים יותר, בגודל של 1/100 מילימטר. קיוביטים אלו מתוכננים להיות אמינים מלכתחילה, עם עמידות מובנית לשגיאות ברמת החומרה והם נשלטים באופן דיגיטלי.

בנוסף להכרזה, מתפרסם גם מאמר מדעי בכתב העת המוכר Nature אשר מתאר כיצד חוקרים במיקרוסופט הצליחו ליצור את התכונות הקוונטיות המיוחדות של הקיוביט הטופולוגי וגם למדוד אותן במדויק, צעד שהיה חשוב לפרקטיקה המחשובית.
פריצת דרך זו דרשה פיתוח מערך חדש של חומרים המשלבים בין אינדיום ארסניד (InAs), מוליך למחצה, ואלומיניום, מוליך-על, שאת רובו עיצבה מיקרוסופט אטום אחר אטום. המטרה הייתה להשתמש בחלקיקים קוונטיים חדשים הנקראים Majoranas ולנצל את התכונות הייחודיות שלהם כדי לממש את החזון של מחשוב קוונטי.

יישומים בעלי חשיבות מסחרית ידרשו טריליוני פעולות במיליון קיוביטים, מה שלא מתאפשר בהסתמכות על הגישות הנוכחיות המסתמכות על שליטה אנלוגית מכווננת עדינה של כל קיוביט. גישת המדידה החדשה של צוות מיקרוסופט מאפשרת לשלוט בקיוביטים בצורה דיגיטלית, מגדירה מחדש ומפשטת מאוד את אופן פעולת המחשוב הקוונטי.
פריצת דרך זו מהווה תוקף ומחזקת את בחירתה של מיקרוסופט לפני שנים להתמקד בעיצוב קיוביט טופולוגי – אתגר מדעי והנדסי בסיכון גבוה שכעת ההימור עליו משתלם. כיום, החברה הציבה שמונה קיוביטים טופולוגיים על שבב שנועד להגיע למיליון קיוביטים.

הישג זה הוביל גם את Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), סוכנות פדרלית המשקיעה בטכנולוגיות פורצות דרך שחשובות לביטחון הלאומי, לכלול את מיקרוסופט בתוכנית קפדנית כדי להעריך אם טכנולוגיות מחשוב קוונטי חדשניות יכולות לבנות מערכות קוונטיות רלוונטיות מבחינה מסחרית מהר יותר ממה שחשבו שאפשרי.

מיקרוסופט היא כעת אחת משתי חברות שהוזמנו לשלב הסופי של תכנית המערכות הלא נחקרות של DARPA למחשוב קוונטי (US2QC) – אחת מהתכניות במסגרת יוזמת ה-Quantum Benchmarking – שמטרתה לפתח את המחשב הקוונטי הראשון בקנה מידה שימוש ועמיד לתקלות, כלומר כזה שהערך החישובי שלו עולה על עליותיו.