Почему физики сомневаются в новом квантовом чипе Microsoft?
Microsoft представила новый квантовый компьютерный чип, который способен поддерживать квантовое состояние в 1 000 раз дольше предшественника — новинка может проложить дорогу для новых, надежных квантовых компьютеров уже к 2029 году. Но скептики сомневаются в том, что компания действительно совершила прорыв. Портал livescience.com рассказала о семействе чипов Majorana и том, почему научное сообщество не уверено в них.
Microsoft представила оригинальный чип Majorana в феврале 2025-го. Оба чипа, и старый, и новый, построены на теории 90-летней давности, выдвинутой итальянским физиком Этторе Майораной. Он предположил, что частица может быть своей собственной античастицей; то есть, она либо уничтожает саму себя, попутно высвобождая большой объем энергии, либо частица и античастицы стабильно сосуществуют, что позволяет им хранить квантовую информацию в виде кубита.
Поскольку частицы Майорана не существуют в природе, большая часть исследований, посвященных им (включая работу Microsoft), сфокусирована на попытках их синтеза. При определенных обстоятельствах, кубиты в чипах Majorana могут достигать «топологического» агрегатного состояния. Атомы формируют связь на длинных расстояниях, что позволяет им работать по законам квантовой механики и обрабатывать компьютерные данные в параллели.
Представители Microsoft на релизе Majorana 1 говорили, что эти кубиты более стабильны и масштабируемы, а также расходуют меньше энергии, чем кубиты, изготовленные из сверхпроводниковых металлов. Тех, что обычно используются в квантовых компьютерных системах производства IBM, Google и самой Microsoft. Но в Majorana 1 они состоят из стопки материалов, которая сочетает полупроводник из арсенида индия (он встречается в очках ночного видения) и алюминиевый сверхпроводник. Итого получается нечто под названием топопроводник — топологический сверхпроводник, чьи кубиты хранятся в форме стопки материалов.
Каждый кубит, в свою очередь, состоит из двух сверхпроводниковых нанопроводков, которые прикреплены к т.н. узлам Майораны — фундаментальным «строительным блокам» топологических кубитов, которые хранят данные с помощью равности, четности или нечетности количества электронов в проводке.
Majorana 2 же отказалась от алюминия в пользу свинца, который призван экранировать хрупкие кубиты от электромагнитных волн, космической радиации и прочих помех. А в полупроводник исследователи добавили к арсениду индия антимонид арсенида индия, что позволило удвоить «топологический пробел» — физический барьер, защищающий кубиты от внешних шумов и ошибок во время расчетов. Модернизации также привели к повышению стабильности и надежности чипа.
Нюанс в том, что ключевые компоненты Majorana 2 прорабатывались на уровне атомов, поэтому ученым пришлось добавить определенные примеси, чтобы кристаллическая структура каждого атома сформировалась правильно. Но если переборщить с количеством примесей или добавить их не так, как нужно, то структура будет нарушена — и для этого специалисты обратились к ИИ-агентам. Искусственный интеллект помогал отслеживать сложные интерсекционные элементы дизайна чипа, поскольку малейшая правка в софте, архитектуре или материалах приводила к эффекту домино.
Технический партнер Microsoft Четан Наяк утверждает, что оптимизация позволила компании сдвинуть сроки создания практичного, масштабируемого квантового компьютера на более ранний срок — 2029 год. Он примерно совпадает с аналогичными дедлайнами конкурентов, но в сфере топологических квантовых вычислений есть и скептики. Так, после запуска Majorana 1 физики усомнились в том, действительно ли внутри чипа есть узлы Майорана. Другие критиковали научную отчетность и заявления Microsoft — якобы пока данные, предоставленные специалистами компании, не проверены и не подтверждены.
Хотя топологические кубиты в теории и впрямь могут стать будущим квантовых вычислений, они пока далеки от повсеместного распространения. Физики спорят о том, доказано ли их существование, еще с 2018 года, и пока ни одна компания не смогла неоспоримо продемонстрировать работающий топологический кубит.