Microsoft predstavil kvantni čip, ki napoveduje prelom v znanosti in industriji

Proizvajalec programske opreme Microsoft je v sredo predstavil kvantni čip Majorana 1, ki naj bi s pomočjo nove tehnologije tako imenovanega topološkega superprevodnika omogočal reševanje velikih problemov na ravni celotnih industrij “v le nekaj letih, ne desetletjih”.

Majorana 1 je velik približno za človeško dlan, po navedbah Microsofta pa lahko en čip s “prvim topoprevodnikom na svetu” doseže procesorsko moč milijona kvantnih bitov oziroma kubitov, osnovnih informacijskih enot v kvantnem računalništvu.

Z novo tehnologijo so pri Microsoftu iznašli novo vrsto kubitov, ki so majhni, hitri in se jih da nadzorovati. Temeljijo na doslej zgolj teoretičnem podatomskem delcu majorana, po katerem je čip dobil ime. Delec je poimenovan po italijanskem teoretičnem fiziku Ettoreju Majorani, ki je pred stoletjem prvič postavil hipotezo obstoja takšnih delcev.

Nova vrsta agregatnega stanja in nov delec

Vsi poznamo tri osnovna agregatna stanja, v katerih se nahajajo snovi: trdno, tekoče in plinasto stanje. Pri Microsoftu pa so prvič doslej našli in uspeli nadzorovati podatomski delec majorana v doslej zgolj teoretičnem topološkem stanju, o čemer priča v sredo objavljen akademski članek v reviji Nature.

“Lani smo delec prvič lahko opazovali. Letos ga lahko nadzorujemo in uporabimo, da sestavimo topoprevodnik, novo vrsto polprevodnika, ki deluje tudi kot superprevodnik. S tem materialom lahko zgradimo celotno novo osnovno arhitekturo za kvantne računalnike – topološko jedro,” je pojasnila tehnična sodelavka Microsofta Krysta Svore.

To topološko jedro lahko na razmeroma majhnem čipu vsebuje do milijon kubitov, a je za zdaj Microsoft na čip postavil le osem kubitov. Prednost topoloških kubitov je po besedah Svore v tem, da so “prave velikosti, prave hitrosti in se jih da nadzorovati na ravno prav način. Vse skupaj pomeni, da imajo doslej nevideno zmožnost povečanja obsega.”

Ta preboj je zahteval razvoj popolnoma novega sklopa materialov iz indijevega arzenida in aluminija, ki jih je Microsoft zasnoval in izdelal atom za atomom. Indijev arzenid je tu zamenjal silikon, iz katerega so sestavljeni današnji polprevodniki. Material se uporablja med drugim v infrardečih detektorjih.

Microsoft je bil v zadnjih letih vključen v razvoj komercialnega in industrijsko uporabnega kvantnega računalnika v okviru ameriške vladne agencije DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), v katerem je stavil na svojo topološko arhitekturo, katere razvoj so zastavili pred skoraj 20 leti. V začetku februarja je skupaj s podjetjem PsiQuantum vstopil v zaključno fazo razvoja, kjer bodo neodvisni opazovalci preverili rešitve obeh podjetij, so sporočili iz agencije.

Kakšne so potencialne koristi

Zakaj cilj milijona kubitov? Ko kvantni računalniki prečkajo ta prag obsega, bodo lahko zagotavljali rešitve, kot je razgradnja mikroplastike v neškodljive stranske produkte ali izumljanje samoobnovljivih materialov za gradnjo, proizvodnjo ali v zdravstvu. “Vsi računalniki na svetu, ki bi delovali skupaj, ne zmorejo tega, kar bo zmogel kvantni računalnik z enim milijonom kubitov,” pravijo pri Microsoftu.

Največje prednosti ima kvantno računalništvo na področju medicine, kemije in znanosti o materialih. Kvantni računalnik z milijonom kubitov bi lahko ponudil odgovor na vprašanje, zakaj nekatere materiale prizadanejo korozija in razpoke, in razvil materiale, ki bi lahko popravljali razpoke v letalih, mostovih ali na ekranih telefonov. Kvantni računalniki bi lahko razvili tudi encime za uporabo v zdravstvu in kmetijstvu, ki bi povečali rodovitnost tal za povečanje pridelka ali omogočili razvoj novih zdravil.

Kvatno računalništvo bi s komercialno uporabo lahko prispevalo tudi na področju uporabe umetne inteligence, pravi Svore. “Kvantni računalnik, ki bi dopolnjeval zmogljivosti umetne inteligence, bi lahko povečal število novih znanstvenih odkritij.”

Kvantno računalništvo v kombinaciji z orodji umetne inteligence bi podjetjem omogočilo, da v preprostem jeziku opišejo, kakšen nov material ali molekulo želijo ustvariti, in dobijo takojšen odgovor, brez ugibanj ali let poskusov in napak. “Vsako podjetje, ki izdeluje karkoli, bi lahko že v prvem poskusu svoj izdelek oblikovalo popolno. Kvatni računalnik bi vam preposto dal odgovor,” je dejal tehnični sodelavec pri Microsoftu Matthias Troyer.

Tekma za kvantno prevlado

Microsoft ni edini, ki zasleduje cilj komercialno uporabnih kvantnih računalnikov. Decembra lani je Google prav tako predstavil nov kvantni čip Willow, ki vsebuje 105 kubitov. Google je v članku v reviji Nature prav tako dejal, da so našli način za zmanjšanje stopnje napak, kar je eden glavnih izzivov kvantnega računalništva: čeprav so kubiti mnogo hitrejši od bitov, so tudi nagnjeni k napakam, saj nanje vplivajo najmanjše spremembe na podatomski ravni. Willow je v petih minutah rešil matematični problem, ki bi ga običajen računalnik reševal dlje časa, kot obstaja vesolje.

Google je sicer dejal, da so komercialno uporabni kvantni računalniki oddaljeni kakšnih pet let. Tehnološko podjetje IBM pa meni, da bodo prvi takšni računalniki v obratovanju do leta 2033, piše Reuters.

Bolj zadržan je glavni izvršni direktor Nvidie Jensen Huang, ki je januarja dejal, da je kvantna tehnologija 20 let stran od tega, da prekosi zmogljivost Nvidijinih čipov. Ti se danes uporabljajo za urjenje modelov umetne inteligence, kjer Nvidia zavzema 80-odstotni tržni delež.