微軟的科學家已經使用能夠利用新物質狀態的特殊材料建造了新的量子計算芯片。這一突破可以使研究人員能夠比專家預測的要早得多的數百萬個可靠的Qubits建造一個芯片 - 可能在短短幾年之內而不是數十年。
新的量子處理單元（QPU），稱為“ Majorana 1”，是一種由世界上同類產品的第一種材料（拓撲指揮或topocoductor）建造的八個QUITION原型芯片。這可以達到“拓撲”狀態並利用法律量子力學在正確的條件下，以處理量子計算機中計算數據的1和0。
新型的量子量子稱為“拓撲量子”，比由用量子製成的量子超導金屬- 最常見的量子類型量子計算機由諸如公司建造Google，，，，IBM，以及微軟本身。
“我們退後一步說'好吧，讓我們為量子時代發明晶體管。它需要擁有哪些屬性？'Chetan Nayak加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校的微軟技術研究員兼物理學教授陳述。 “這確實就是我們到達這裡的方式 - 這是我們新材料堆棧中的特定組合，質量和重要細節，使新型量子及我們的整個建築都達到了新型。”
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只有在研究人員首次使用該體系結構來確定觀察和控制具有特殊特性的神秘的亞原子粒子的特殊特性稱為“ majora majorana fermion”或“ majora majorana零模式”（MZM），理論上，這種QPU的製造才有可能。數學家ettore major1937年。
科學家以前曾試圖創建Majorana Fermions用於使用用於一種新型的量子計算。 Majorana fermion及其的探索擬議中的量子計算機跨越多年，包括報導了2012年發現粒子的發現並在2024年4月。科學家在2023年6月還發表了一項研究，報導了物質拓撲狀態的發現。
Majorana的理論提出，粒子可以是其自身的反粒子。這意味著從理論上講，將這些顆粒中的兩個融合在一起是有可能的，並且它們可以在大量的能量釋放（正常）中互相消滅，或者在配對時可以穩定共存- 啟動它們以存儲量子信息。
這些亞原子顆粒在自然界中不存在，因此，要將它們推到存在中，微軟科學家必須在材料科學，製造方法和測量技術方面做出一系列突破。他們在2月19日發表的一項新研究中概述了這些發現 - 長達17年的項目的結晶。自然。
這是“量子年齡的晶體管”
這些發現中的主要是創建該特定的托托托托克斯，它被用作量子的基礎。科學家是用材料堆棧建造了托型的，該物料堆棧結合了由鋁製胺（通常用於夜視護目鏡之類的設備）和鋁製超導體製成的半導體。
研究人員需要這些組件的正確組合，以觸發所需的過渡到物質的新拓撲。他們還需要創建非常具體的條件來實現這一目標 - 即，溫度接近絕對零並暴露於磁場。只有這樣，他們才能將MZMS納入存在。
要構建一個量子，該量子的尺寸小於10微米（比超導量子位小得多），科學家將一組納米線排列成H形，其中兩條較長的topodocduction導線通過一條超導線在中心連接在一起。接下來，他們通過冷卻結構並用磁場調整結構，從而在H的所有四個點上誘導四個MZM。最後，為了測量設備在運行時的信號，它們將H連接到H h與半導體量子點連接 - 相當於帶電荷的小電容器。
topoducductor與超導體的行為有所不同，當時他們的行為負擔不足。在超導體中，電子通常配對（稱為庫珀對），具有奇數的電子（任何未配對電子），需要大量的能量才能容納或進入激發態。基態和激發狀態之間的能量差異是超導量子位中數據和0s的基礎。
像超導體一樣，托托型導體將不配對電子作為計算數據的1和0s的存在或不存在，但是材料可以通過在配對電子中共享它們的存在來“隱藏”未配對的電子。這意味著當將未配對的電子添加到系統中時，沒有可測量的能量差異，從而使量子位在硬件級別上更穩定並保護量子信息。但是，這也意味著要測量量子的量子狀態更難。
這是量子點進來的地方。科學家通過MZM從量子點從量子點到電線的一端發出一個電子，並通過另一端通過另一個MZM出現。通過在這種情況下用微波爆炸量子點，返回反射帶有納米線的量子狀態的烙印。
科學家在研究中說，該測量的準確性約為99％，並指出電磁輻射是外部因素的一個例子，平均每毫秒一次會觸發一次誤差。科學家說，這很少見，並表明新型處理器的固有屏蔽有效地防止了輻射。
通往一百萬噸的途徑
“這很複雜，因為我們必須展示一個新的物質才能到達那裡，但是在那之後，它非常簡單。它舖有瓷磚。您擁有更簡單的體系結構，可以承諾更快地擴展規模的途徑，”Krysta Svore微軟的首席研究經理在聲明中說。
Svore添加了這種新的量子架構，稱為“拓撲核心”，代表了創建可行100萬克Qubit的量子計算機的第一步20世紀。
科學家在研究中說，這要歸功於量子位的尺寸較小和質量更高的量子，以及它們的易於擴展性，因為Qubits像瓷磚一樣融合在一起。
在接下來的幾年中，科學家計劃建立一個具有一百萬個物理量他的單個芯片這最快的超級計算機。
但是，量子芯片不能孤立地工作。相反，它與稀釋冰箱一起存在於生態系統中，以達到極低的溫度，一個管理控制邏輯的系統以及可以與古典計算機和人工智能（AI）集成的軟件。科學家說，優化這些系統，以便他們可以在更大範圍內工作將需要多年的進一步研究。但是這個時間表可以加快進一步的突破。
Svore在聲明中說：“這些材料必須完美排隊。如果材料堆中有太多缺陷，那就殺死您的量子。” “具有諷刺意味的是，這也是我們需要一台量子計算機的原因- 因為了解這些材料非常困難。使用縮放量子計算機，我們將能夠預測具有更好的屬性的材料，以構建超出規模的下一代量子電腦."
