Microsoft-ი აცხადებს, რომ კვანტურ კომპიუტერებში დიდ გარღვევას მიაღწია — #1tvმეცნიერება

Microsoft-ის მკვლევრები აცხადებენ, რომ შექმნეს პირველი „ტოპოლოგიური კუბიტები“ მოწყობილობაში, რომელიც ინფორმაციას მატერიის ეგზოტიკურ მდგომარეობაში ინახავს. ეს კი შეიძლება მნიშვნელოვანი გარღვევა იყოს კვანტურ კომპიუტინგში.

ამავე დროს, მკვლევრებმა ჟურნალ Nature-ში გამოაქვეყნეს პუბლიკაცია და სამომავლო სამუშაოს „საგზაო რუკა“. პროცესორ Majorana 1-ის დიზაინი მილიონ კუბიტზეა გათვლილი, რაც საკმარისია კვანტური კომპიუტინგის მრავალი მიზნის მისაღწევად — მაგალითად, კრიპტოგრაფიული კოდების გატეხა და ახალი მედიკამენტებისა და მასალების უფრო სწრაფად შექმნა.

თუ Microsoft-ის პრეტენზიები გამართლდება, კომპანიამ შეიძლება უკან ჩამოიტოვოს მეტოქეები — IBM და Google, რომლებიც ამჟამად ლიდერობენ კვანტური კომპიუტერის შექმნის რბოლაში.

თუმცა, Nature-ში გამოქვეყნებული პუბლიკაცია მკვლევართა მიერ მოთხოვნილის მხოლოდ ნაწილს ასახავს და საგზაო რუკა კი ჯერ კიდევ მრავალ დაბრკოლებას შეიცავს, რომლებიც უნდა დაიძლიოს.

მიუხედავად იმისა, რომ Microsoft-ის პრესრელიზი რაღაც ისეთს ასახავს, რაც კვანტური კომპიუტერის ტექნიკური უზრუნველყოფა უნდა იყოს, არ არსებობს დამოუკიდებელი დადასტურება იმისა, რა შეუძლია მას. თუმცა, ახალი ამბავი Microsoft-ისგან მაინც ძლიერ იმედისმომცემია.

ამ ეტაპზე შეიძლება გარკვეული კითხვები გაგიჩნდეთ. რა არის ტოპოლოგიური კუბიტი? საერთოდ რა არის კუბიტი? და რატომ სურთ ადამიანებს კვანტური კომპიუტერები?

კვანტურ კომპიუტერებზე ოცნება 1980-იან წლებში გაჩნდა. თუკი ტრადიციული კომპიუტერი ინფორმაციას ბიტებში ინახავს, კვანტური კომპიუტერი ინფორმაციას ინახავს კვანტურ ბიტებში, იგივე კუბიტებში.

ჩვეულებრივ ბიტს შეიძლება ჰქონდეს მნიშვნელობა 0 ან 1, მაგრამ კვანტურ ბიტს ორივეს კომბინაცია შეიძლება ჰქონდეს.

თუკი ჩვეულებრივ ბიტებს წარმოიდგენთ ისრის სახით, რომელიც შეგიძლიათ ზემოთ ან ქვემოთ მიმართოთ, კუბიტი არის ისარი, რომელიც შეგიძლიათ ნებისმიერი მიმართულებით მიმართოთ (რასაც ზემოთას და ქვემოთას „სუპერპოზიციას“ უწოდებენ).

ეს კი იმას ნიშნავს, რომ კვანტური კომპიუტერი ტრადიციულ კომპიუტერზე გაცილებით სწრაფი უნდა იყოს გარკვეული სახის გამოთვლებში — განსაკუთრებით კოდების გატეხვასა და ბუნებრივი სისტემების სიმულირებაში.

ძალიან კარგია, მაგრამ როგორც აღმოჩნდა, რეალური კუბიტების შექმნა და მათში ინფორმაციის შეყვანა-გამოყვანა უკიდურესად რთულია, რადგან გარესამყაროსთან ურთიერთქმედებამ შეიძლება გაანადგუროს შიგნით არსებული დელიკატური კვანტური მდგომარეობა.

კუბიტების შესაქმნელად მკვლევრებმა მრავალი სხვადასხვა ტექნოლოგია მოსინჯეს, მაგალითად, გამოიყენეს ელექტრულ ველებში მომწყვდეული ატომები ან დენის მორევები სუპერგამტარებში.

Microsoft-მა „ტოპოლოგიური კუბიტების“ შესაქმნელად ძლიერ განსხვავებული მიდგომა გამოიყენა. გამოიყენეს ე. წ. მაიორანა (Majorana) ნაწილაკები, რომელთა შესახებ თეორია 1937 წელს წამოაყენა იტალიელმა ფიზიკოსმა ეტორე მაიორანამ.

მაიორანები ელექტრონებისა და პროტონების მსგავსი ბუნებრივი ნაწილაკები არაა. ისინი არსებობს მხოლოდ იშვიათი სახის მასალაში, რომელსაც ტოპოლოგიურ სუპერგამტარს უწოდებენ (რომელიც მასალის მოწინავე დიზაინს მოითხოვს და უნდა გაცივდეს უკიდურესად დაბალ ტემპერატურაზე).

მართლაც, მაიორანას ნაწილაკები იმდენად ეგზოტიკურია, რომ როგორც წესი, მხოლოდ უნივერსიტეტებში სწავლობენ და არ გამოიყენება პრაქტიკულ გამოყენებაში.

Microsoft-ის ჯგუფის განცხადებით, მათ ციცქნა სადენების წყვილი გამოიყენეს, რომელთაგან თითოეულის დაბოლოებაზე მაიორანა ნაწილაკი იყო ჩაჭედილი, რათა კუბიტის სახით ემოქმედა. მიკროტალღების გამოყენებით გაზომეს კუბიტის მნიშვნელობა, რაც გამოიხატება იმით, არის თუ არა ელექტრონი ერთ სადენში ან მეორეში.

რატომ განახორციელე Microsoft-მა მთელი ეს ძალისხმევა? იმიტომ, რომ მაიოარანა ნაწილაკების პოზიციების შეცვლით (ან მათი გარკვეული გზით გაზომვით), ისინი შეიძლება ისე „დაიწნას“, რომ გაიზომონ უშეცდომოდ და რეზისტენტული იყვნენ გარე ჩარევისადმი (ეს არის „ტოპოლოგიური კუბიტის“ „ტოპოლოგიური“ ნაწილი).

თეორიულად, მაიორანა ნაწილაკების გამოყენებით შექმნილი კვანტური კომპიუტერი შეიძლება სრულიად თავისუფალი იყოს კუბიტების შეცდომებისგან, რაც სხვა დიზაინების თავის ტკივილია.

სწორედ ამიტომ აირჩია Microsoft-მა ერთი შეხედვით შრომატევადი მიდგომა. სხვა ტექნოლოგიები შეცდომებისადმი უფრო მიდრეკილია და ასეულობით ფიზიკურ კუბიტს შეიძლება სჭირდებოდეს ერთად კომბინირება, რათა ერთი საიმედო „ლოგიკური კუბიტი“ წარმოქმნას.

ამის ნაცვლად, Microsoft-მა თავის დრო და რესურსები მაიორანაზე დაფუძნებულ კუბიტებში ჩადო. მართალია, ისინი დიდ კვანტურ წვეულებაზე აგვიანებენ, იმედი აქვთ, რომ მას სწრაფად დაეწევიან.

როგორც ყოველთვის, როცა რაღაც ზედმეტად კარგად ჟღერს, რათა სიმართლე იყოს, აქაც არის ერთი პრობლემა. მაიორანაზე დაფუძნებული კვანტური კომპიუტერისთვისაც კი, ისეთის, როგორიც Microsoft-მა დააანონსა, ერთი ოპერაცია, რომელსაც T-gate ეწოდება, შეცდომების გარეშე ვერ მიიღწევა.

შესაბამისად, მაიორანაზე დაფუძნებული კვანტური ჩიპი მხოლოდ „თითქმის უშეცდომოა“. თუმცა, T-gate-ის შეცდომების შესწორება გაცილებით მარტივია, ვიდრე სხვა კვანტური პლატფორმების ზოგადი შეცდომების შესწორება.

რა იქნება ახლა? Microsoft-ი საკუთარ საგზაო რუკაზე წინ წაწევას შეეცდება და კუბიტების უფრო და უფრო დიდ კოლექციას შექმნის.

სამეცნიერო საზოგადოება Microsoft-ის კვანტურო კომპიუტერის პროცესორის მუშაობას ახლოდან დააკვირდება; ასევე იმასაც, როგორ მუშაობს ის სხვა უკვე არსებულ ასეთ პროცესორებთან შედარებით.

ამავე დროს, მსოფლიოს სხვადასხვა უნივერსიტეტში გაგრძელდება მაიორანას ნაწილაკების ეგზოტიკური და უცნაური ქცევის კვლევა.

მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.