Vào thứ Tư, Microsoft đã giới thiệu Majorana 1, một chip lượng tử được cung cấp năng lượng bởi một trạng thái vật chất kỳ lạ không phải là lỏng, rắn hay khí, được gọi là siêu dẫn tôpô.
Bước đột phá này, được mô tả chi tiết trong tạp chí khoa học Nature, sử dụng một vật liệu được thiết kế đặc biệt được gọi là topocondutor để tạo và kiểm soát các hạt Majorana, có thể mở rộng máy tính lượng tử để giải quyết các vấn đề trước đây được coi là không thể.
Về cơ bản, một topocondutor là một bán dẫn - vật liệu có thể dẫn năng lượng - cũng hoạt động như một siêu dẫn, dẫn điện với mức độ mất năng lượng tối thiểu, thường ở nhiệt độ cực thấp.
Tạo ra vật liệu như vậy đòi hỏi độ chính xác kỹ thuật nguyên tử và làm lạnh cực độ xuống 400 độ dưới không, nhưng Microsoft nhấn mạnh rằng độ phức tạp và chi phí của nỗ lực này đáng giá, xét đến tất cả các lợi ích.
"Với vật liệu này, chúng tôi có thể xây dựng một kiến trúc nền tảng hoàn toàn mới cho máy tính lượng tử của chúng tôi, một lõi tôpô, cho phép chúng tôi mở rộng không chỉ lên hàng chục hoặc hàng trăm Bit trên một chip, mà là hàng triệu, tất cả trong lòng bàn tay của bạn," Krysta Svore, kỹ sư kỹ thuật cao cấp tại Microsoft, cho biết trong một video công ty.
Dự án này là dự án kéo dài nhất trong lịch sử của Microsoft và bắt đầu từ đầu thế kỷ này khi Bill Gates còn là Giám đốc điều hành.
Một máy tính lượng tử có một triệu Bit được xây dựng với các Bit có thể kiểm soát được theo kiến trúc Majorana có thể giải quyết các vấn đề vượt quá tầm với của những siêu máy tính mạnh nhất hiện nay.
Điều này bao gồm thiết kế các vật liệu tự chữa lành, tạo ra các chất xúc tác để phân hủy vi nhựa, phát triển các enzyme để tăng cường sản xuất lương thực trong khí hậu khắc nghiệt, hoặc phơi bày các khóa Bit Bitcoin riêng tư.
"Hãy tưởng tượng một chip có thể vừa vặn trong lòng bàn tay của bạn nhưng lại có thể giải quyết các vấn đề mà ngay cả tất cả các máy tính trên Trái Đất ngày nay kết hợp cũng không thể," Satya Nadella, Giám đốc điều hành của Microsoft, đã tweet ngay sau khi thông báo. "Đây không phải là về việc thổi phồng công nghệ; đây là về việc xây dựng công nghệ thực sự phục vụ cho thế giới."
Các phiên bản hiện tại của chip chứa tám Bit tôpô, nhưng Microsoft khẳng định kiến trúc này có thể mở rộng lên một triệu Bit trên một chip vừa vặn trong lòng bàn tay.
Điều này sẽ phá vỡ các giới hạn hiện tại trong máy tính lượng tử.
"Majorana (là) Đơn vị Xử lý Lượng tử đầu tiên trên thế giới được cung cấp năng lượng bởi một lõi tôpô, được thiết kế để mở rộng lên một triệu Bit trên một chip duy nhất," Chetan Nayak, Phó chủ tịch cấp cao của Bộ phận Phần cứng Lượng tử của Microsoft, cho biết. "Microsoft đang trên đà xây dựng một mẫu FTP (có khả năng chịu lỗi) của một máy tính lượng tử có thể mở rộng - trong vài năm, chứ không phải hàng thập kỷ."
Chip hoạt động bằng cách thuyết phục các hạt Majorana kỳ lạ xuất hiện trong một vật liệu đặc biệt được chế tạo từ asen indium và nhôm.
Khi được làm lạnh gần với nhiệt độ tuyệt đối không và điều chỉnh bằng các trường từ, vật liệu này bước vào trạng thái siêu dẫn tôpô - không phải rắn, lỏng hay khí, mà là một thứ gì đó hoàn toàn khác biệt.
Microsoft khẳng định rằng dự án Majorana là một bước đột phá trong việc làm cho các Bit ít bất ổn định hơn, một trong những thách thức chính mà máy tính lượng tử đã phải đối mặt.
"Majorana 1 cho phép chúng tôi tạo ra một Bit tôpô. Một Bit tôpô là đáng tin cậy, nhỏ và có thể kiểm soát được. Điều này giải quyết vấn đề nhiễu loạn tạo ra lỗi trong các Bit," Svore nói. "Mỗi nguyên tử trong chip này đều được đặt một cách có mục đích. Nó được xây dựng từ đầu, hoàn toàn là một trạng thái vật chất mới."
Các nhà khoa học đã tiến gần và gần hơn đến điểm này trong suốt thập kỷ qua.
Khác với các phương pháp máy tính lượng tử khác, các Bit tôpô của Microsoft được bảo vệ tự nhiên khỏi tiếng ồn môi trường thường làm gián đoạn các trạng thái lượng tử.
Tập đoàn phần mềm và công nghệ khổng lồ này khẳng định kỹ thuật đo lường mới của họ có độ nhạy để phát hiện những thay đổi nhỏ trong số lượng electron - một yếu tố quan trọng để đọc đáng tin cậy các trạng thái Bit.
Cách tiếp cận của công ty đã thu hút sự chú ý của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng, đã bao gồm Microsoft trong chương trình của họ để đánh giá xem liệu công nghệ lượng tử đổi mới có thể xây dựng các hệ thống có ý nghĩa thương mại nhanh hơn so với những gì được tin là có thể theo cách truyền thống.
Microsoft hiện là một trong hai công ty được mời tham gia giai đoạn cuối của chương trình Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing của DARPA.
Cách tiếp cận của công ty khác biệt đáng kể so với các đối thủ cạnh tranh như Google và IBM, những người sử dụng các công nghệ Bit khác nhau, cho rằng kiến trúc của họ đơn giản hóa các yêu cầu kiểm soát bằng cách sử dụng xung điện áp giống như bật tắt đèn thay vì các điều khiển analog tinh chỉnh cho từng Bit.
Chip Majorana 1 được thiết kế để lắp vào một hệ thống lượng tử được thiết kế để hoạt động trong các trung tâm dữ liệu Azure.
Microsoft có kế hoạch tiếp tục hoàn thiện công nghệ thông qua các hợp tác nghiên cứu trước khi đưa ra thị trường.
Được chỉnh sửa bởi Sebastian Sinclair
