ชิปควอนตัมที่ก้าวหน้าซึ่งควบคุมสถานะของสสารใหม่สามารถทำให้เราอยู่บนเส้นทางสู่อำนาจสูงสุดของควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์ที่ Microsoft ได้สร้างชิปคอมพิวเตอร์ควอนตัมใหม่โดยใช้วัสดุพิเศษของวัสดุที่สามารถแตะเข้าสู่สถานะใหม่ของสสาร การพัฒนานี้สามารถช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างชิปเดียวที่มี qubits ที่เชื่อถือได้หลายล้านคนเร็วกว่าที่ผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ไว้ - อาจเป็นไปได้ภายในเวลาไม่กี่ปีมากกว่าทศวรรษที่ผ่านมา

ใหม่(qpu), เรียกว่า "Majorana 1," เป็นชิปต้นแบบแปดบิตที่สร้างขึ้นจากวัสดุแรกของชนิดในโลก-ตัวนำโทโพโลยีหรือ topoconductor สิ่งนี้สามารถเข้าถึงสถานะ "ทอพอโลยี" ของสสารและเข้าสู่กฎหมายภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมเพื่อประมวลผลข้อมูลการคำนวณ 1S และ 0S ในคอมพิวเตอร์ควอนตัม

ประเภทของ Qubit ใหม่ที่เรียกว่า "topological qbit" มีความเสถียรเล็กกว่าการระบายพลังงานน้อยลงและปรับขนาดได้มากกว่า Qubit ที่ทำจากกบ- ประเภทของ Qubit ที่ใช้กันมากที่สุดที่ใช้ในสร้างโดย บริษัท ต่าง ๆ เช่น-และ Microsoft เอง

"เราก้าวถอยหลังและพูดว่า 'ตกลงมาประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์สำหรับอายุควอนตัมกันเถอะต้องมีคุณสมบัติอะไรบ้าง?'Chetan Nayak, Microsoft Technical Fellow และศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่ University of California Santa Barbara กล่าวในกคำแถลง- "และนั่นคือวิธีที่เรามาถึงที่นี่ - เป็นการผสมผสานที่เฉพาะเจาะจงคุณภาพและรายละเอียดที่สำคัญในสแต็กวัสดุใหม่ของเราที่เปิดใช้งาน QUBIT แบบใหม่และในที่สุดสถาปัตยกรรมทั้งหมดของเรา"

ที่เกี่ยวข้อง:

การประดิษฐ์ของ QPU นี้เป็นไปได้หลังจากนักวิจัยเป็นครั้งแรกที่ใช้สถาปัตยกรรมเพื่อสังเกตและควบคุมอนุภาค subatomic ปริศนที่มีคุณสมบัติพิเศษที่เรียกว่า "Majorana Fermion" หรือ "Majorana Zero Mode" (MZM) นักคณิตศาสตร์Ettore Majoranaในปี 1937

ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์เคยพยายามสร้าง Majorana Fermions เพื่อใช้- การสำรวจของ Majorana Fermion และมันการใช้งานที่เสนอในคอมพิวเตอร์ควอนตัมขยายไปหลายปีรวมถึงกและในเมษายน 2567- นักวิทยาศาสตร์ในมิถุนายน 2566ยังตีพิมพ์การศึกษารายงานการค้นพบสถานะทอพอโลยีของสสาร

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

ทฤษฎีของ Majorana เสนอว่าอนุภาคอาจเป็น antiparticle ของตัวเอง นั่นหมายความว่ามันเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะนำอนุภาคสองอนุภาคเหล่านี้มารวมกันและพวกเขาจะทำลายล้างซึ่งกันและกันในการปลดปล่อยพลังงานขนาดใหญ่ (ตามปกติ) หรือสามารถอยู่ร่วมกันได้อย่างเสถียรเมื่อจับคู่เข้าด้วยกัน - ทำเพื่อเก็บข้อมูลควอนตัม

อนุภาค subatomic เหล่านี้ไม่มีอยู่ในธรรมชาติดังนั้นเพื่อให้พวกมันกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ของไมโครซอฟท์ต้องสร้างชุดของความก้าวหน้าในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุวิธีการประดิษฐ์และเทคนิคการวัด พวกเขาสรุปการค้นพบเหล่านี้-สุดยอดของโครงการยาว 17 ปี-ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวันที่ 19 กุมภาพันธ์ในวารสาร-

นี่คือ 'ทรานซิสเตอร์สำหรับอายุควอนตัม'

หัวหน้าท่ามกลางการค้นพบเหล่านี้คือการสร้าง topoconductor นี้ซึ่งใช้เป็นพื้นฐานของ Qubit นักวิทยาศาสตร์สร้าง topoconductor ของพวกเขาจากสแต็ควัสดุที่รวมเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากอินเดียมอาร์เซไนด์ (โดยทั่วไปใช้ในอุปกรณ์เช่นแว่นตามองเห็นตอนกลางคืน) ด้วยตัวนำยิ่งยวดอลูมิเนียม

นักวิจัยต้องการการผสมผสานที่เหมาะสมของส่วนประกอบเหล่านี้เพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงที่ต้องการในสถานะทอพอโลยีใหม่ของสสาร- พวกเขายังจำเป็นต้องสร้างเงื่อนไขที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้บรรลุสิ่งนี้ - คืออุณหภูมิใกล้เคียงและการสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก จากนั้นพวกเขาสามารถนำ MZMs เข้ามามีชีวิตอยู่

ในการสร้างหนึ่ง qubit ซึ่งมีขนาดน้อยกว่า 10 ไมครอน - เล็กกว่า superconducting qubits - นักวิทยาศาสตร์จัดชุดของ nanowires ให้เป็นรูปตัว H โดยมีสายไฟ topoconducting ที่ยาวขึ้นสองสาย พวกเขาจะเหนี่ยวนำให้เกิด MZM สี่จุดบนจุดทั้งสี่ของ H โดยการทำให้โครงสร้างเย็นลงและปรับจูนด้วยสนามแม่เหล็ก ในที่สุดเพื่อวัดสัญญาณเมื่ออุปกรณ์จะทำงานพวกเขาเชื่อมต่อ H กับ DOT ควอนตัมเซมิคอนดักเตอร์ - เทียบเท่ากับตัวเก็บประจุขนาดเล็กที่มีประจุ

Topoconductors แตกต่างจากตัวนำยิ่งยวดในแบบที่พวกเขาทำงานเมื่อมีภาระกับอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ ใน superconductors อิเล็กตรอนมักจะจับคู่ - ที่รู้จักกันในชื่อ Cooper คู่ - ด้วยจำนวนอิเล็กตรอน (อิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่ใด ๆ ) ที่ต้องการพลังงานจำนวนมากเพื่อรองรับหรือเข้าสู่สถานะที่ตื่นเต้น ความแตกต่างของพลังงานระหว่างสถานะพื้นดินและสถานะที่ตื่นเต้นเป็นพื้นฐานสำหรับข้อมูล 1S และ 0S ใน superconducting qubits

เช่นเดียวกับตัวนำยิ่งยวด topoconductors ใช้การมีอยู่หรือไม่มีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่เป็น 1S และ 0S ของข้อมูลการคำนวณ แต่วัสดุสามารถ "ซ่อน" อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่ได้โดยการแบ่งปันการปรากฏตัวของพวกเขาในอิเล็กตรอนที่จับคู่ ซึ่งหมายความว่าไม่มีความแตกต่างของพลังงานที่สามารถวัดได้เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่เข้ามาในระบบทำให้ qubit มีเสถียรภาพมากขึ้นในระดับฮาร์ดแวร์และปกป้องข้อมูลควอนตัม อย่างไรก็ตามมันก็หมายความว่ามันยากที่จะวัดสถานะควอนตัมของ Qubit

นี่คือที่จุดควอนตัมเข้ามานักวิทยาศาสตร์ลำแสงอิเล็กตรอนเดี่ยวจากจุดควอนตัมไปยังปลายด้านหนึ่งของลวดผ่าน MZM และมันโผล่ออกมาจากปลายอีกด้านหนึ่งผ่าน MZM อื่น ด้วยการระเบิดจุดควอนตัมด้วยไมโครเวฟเมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นการสะท้อนกลับที่กลับมาจะมีการประทับของสถานะควอนตัมของนาโน

ความแม่นยำของการวัดนี้อยู่ที่ประมาณ 99%นักวิทยาศาสตร์กล่าวในการศึกษาโดยสังเกตว่ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นตัวอย่างหนึ่งของปัจจัยภายนอกที่ก่อให้เกิดข้อผิดพลาดหนึ่งครั้งต่อมิลลิวินาทีโดยเฉลี่ย นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าสิ่งนี้หายากและบ่งชี้ว่าการป้องกันโดยธรรมชาติในโปรเซสเซอร์รูปแบบใหม่นั้นมีประสิทธิภาพในการรักษารังสี

เส้นทางสู่หนึ่งล้าน qubits

“ มันซับซ้อนในการที่เราต้องแสดงสถานะใหม่ของสสารเพื่อไปที่นั่น แต่หลังจากนั้นมันค่อนข้างง่ายมันกระเบื้องออกมาคุณมีสถาปัตยกรรมที่ง่ายกว่านี้มากKrysta Svoreผู้จัดการฝ่ายวิจัยหลักของ Microsoft กล่าวในแถลงการณ์

Svore ได้เพิ่มสถาปัตยกรรม Qubit ใหม่นี้เรียกว่า "Topological Core" แสดงถึงขั้นตอนแรกบนเส้นทางในการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัม 1 ล้านบิตที่ใช้งานได้-เปรียบเสมือนการสร้างการเปลี่ยนจากการสร้างคอมพิวเตอร์โดยใช้ท่อสูญญากาศไปยังทรานซิสเตอร์ในทรานซิสเตอร์ใน-

ต้องขอบคุณขนาดที่เล็กลงและคุณภาพที่สูงขึ้นของ qubits ควบคู่ไปกับความสะดวกที่พวกเขาสามารถปรับขนาดได้เนื่องจากวิธีที่ qubits เข้าด้วยกันเหมือนกระเบื้องนักวิทยาศาสตร์กล่าวในการศึกษา

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้านักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะสร้างชิปเดียวที่มี qubits ทางกายภาพเป็นล้านซึ่งในทางกลับกันจะนำไปสู่การพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ที่มีประโยชน์ในสาขาต่างๆเช่นยาวิทยาศาสตร์วัสดุและความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติที่เป็นไปไม่ได้ที่จะใช้โดยใช้ ที่-

อย่างไรก็ตามชิปควอนตัมไม่ได้ทำงานอย่างโดดเดี่ยว ค่อนข้างมีอยู่ในระบบนิเวศพร้อมกับตู้เย็นเจือจางเพื่อให้ได้อุณหภูมิที่เย็นมากระบบที่จัดการตรรกะการควบคุมและซอฟต์แวร์ที่สามารถรวมเข้ากับคอมพิวเตอร์คลาสสิกและปัญญาประดิษฐ์ (AI) นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่าการเพิ่มประสิทธิภาพระบบเหล่านี้เพื่อให้พวกเขาสามารถทำงานในระดับที่ใหญ่กว่ามากจะใช้เวลาหลายปีในการวิจัยเพิ่มเติม แต่ไทม์ไลน์นี้อาจเร่งด่วนด้วยความก้าวหน้าต่อไป

“ วัสดุเหล่านั้นต้องเข้าแถวอย่างสมบูรณ์แบบหากมีข้อบกพร่องมากเกินไปในสแต็ควัสดุมันแค่ฆ่า Qubit ของคุณ” Svore กล่าวในแถลงการณ์ "กระแทกแดกดันมันเป็นเหตุผลที่เราต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัม - เนื่องจากการทำความเข้าใจวัสดุเหล่านี้ยากอย่างไม่น่าเชื่อด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปรับขนาดได้เราจะสามารถทำนายวัสดุที่มีคุณสมบัติที่ดียิ่งขึ้นสำหรับการสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมรุ่นต่อไป"