Ученые создали квантовый чип на миллион кубитов и необычной материей: зачем

Microsoft представила Majorana 1, первый в мире квантовый процессор, созданный с использованием топологической архитектуры ядра, инновационного и совершенно нового типа материала для квантовых чипов. Об этом пишет Interesting Engineering.

Компания планирует разработать отказоустойчивый прототип (FTP) масштабируемого квантового компьютера в течение следующих нескольких лет.

Квазичастицы, используемые в новых квантовых процессорах, существуют в теории уже почти столетие. Материал, известный как топологический сверхпроводник, или топопроводник, представляет собой новое состояние вещества, которое не является ни твердым, ни жидким, ни газообразным.

Microsoft разработала этот материал, наслаивая арсенид индия, полупроводник, и алюминий, сверхпроводник, атом за атомом. При охлаждении до температур, близких к абсолютному нулю, и настройке магнитными полями материал образует топологические сверхпроводящие нанопровода с нулевыми модами Майораны (MZM) на концах.

MZM действуют как кубиты и хранят квантовую информацию посредством "четности" — содержит ли провод нечетное или четное число электронов. Поскольку электроны движутся парами внутри сверхпроводника, нечетное число электронов можно легко обнаружить из-за их дополнительной энергии. Однако в топопроводнике MZM делят неспаренные электроны, что делает их невидимыми для окружающей среды.

Хотя сокрытие квантовой информации от окружающей среды имеет жизненно важное значение для развертывания квантовых компьютеров, оно также представляет собой еще одну проблему чтения этой информации. Microsoft разработала цифровой переключатель, который соединяет концы нанопровода с квантовой точкой, которая может хранить электрический заряд.

Увеличение заряда точки зависит от четности нанопроволоки, и инженеры Microsoft разработали микроволновую технологию для измерения заряда квантовой точки.

Этот подход также полезен для квантовой коррекции ошибок (QEC). В отличие от традиционных подходов QEC, которые должны быть точно настроены для каждого кубита, Microsoft может одновременно подключать квантовую точку ко многим кубитам и использовать простые цифровые импульсы для подключения и отключения от них.

С успешной демонстрацией хранения и извлечения квантовой информации компания теперь движется вперед, чтобы продемонстрировать масштабируемость технологии, основанной на однокубитном устройстве под названием тетрон. Она планирует построить отказоустойчивый прототип (FTP) в ближайшие годы.