Microsoft анонсировала Majorana 1, первый в мире квантовый процессор на основе топологической архитектуры ядра, что знаменует собой значительный шаг к отказоустойчивым квантовым вычислениям промышленного масштаба. Процессор использует тетронные кубиты — топологические кубиты, построенные на майорановских нулевых модах (MZM) — для достижения стабильности и масштабируемости, с перспективой достижения одного миллиона кубитов, что критически важно для решения промышленных задач, таких как разложение микропластика и создание самовосстанавливающихся материалов.
В основе Majorana 1 лежит гетероструктура сверхпроводник-полупроводник, объединяющая арсенид индия и алюминий. Этот «топологический проводник» позволяет точно контролировать MZM — экзотические квантовые частицы, которые кодируют информацию нелокально, что изначально обеспечивает устойчивость к шуму и ошибкам. Конструкция, подробно описанная в последней статье, размещает MZM в H-образных нанопроводах, образуя двусторонние тетроны, которые экспоненциально подавляют ошибки благодаря трем факторам: соотношению топологической щели к температуре, длине провода к длине когерентности и высокоточному микроволновому считыванию. Microsoft утверждает, что топологический проводник может «создать совершенно новое состояние вещества — не твердое, жидкое или газообразное, а топологическое состояние».
В отличие от обычных кубитов, требующих аналоговой настройки, архитектура Microsoft использует цифровые импульсы напряжения для отказоустойчивых операций на основе измерений. Этот подход упрощает масштабирование: текущий чип содержит восемь тетронов и поддерживает протоколы для обнаружения квантовых ошибок, такие как коды Гастингса-Хаа Флоке и лестничные коды, описанные в технической дорожной карте Microsoft. Эти коды полагаются на измерения Паули с одним и двумя кубитами, которые являются естественными для тетронов, для обнаружения и исправления ошибок без сложных последовательностей вентилей. Программа DARPA US2QC подтвердила, что стратегия Microsoft «топология прежде всего» минимизирует издержки, позволяя создать будущую миллионкубитную систему, достаточно компактную, чтобы поместиться в центрах обработки данных Azure. Система измерения квантовой емкости чипа обнаруживает изменения четности за микросекунды, достигая отношения сигнал/шум, критически важного для отказоустойчивости. Приложения включают разработку катализаторов для разрушения загрязняющих веществ, оптимизацию ферментов для сельского хозяйства и моделирование новых материалов. Microsoft стремится объединить квантовые вычисления, ИИ и высокопроизводительные вычисления в Azure, ускоряя открытия, которые когда-то считались возможными только через десятилетия. Majorana 1 доказывает, что топологические кубиты, когда-то считавшиеся рискованной ставкой, теперь являются краеугольным камнем масштабируемых квантовых систем.