Microsoft представил топологический квантовый процессор, первый в своем роде

Команда Microsoft под руководством физиков из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре представила восьмикубитный топологический квантовый процессор, что стало значительным шагом вперед в области квантовых вычислений. Этот процессор, созданный как доказательство концепции, открывает путь к разработке долгожданного топологического квантового компьютера. Чип был представлен на ежегодной конференции Station Q в Санта-Барбаре, а результаты исследований опубликованы в журнале Nature.

Ключевым достижением стало создание нового состояния материи — топологического сверхпроводника, который содержит экзотические границы, называемые нулевыми модами Майораны (MZM). Эти моды полезны для квантовых вычислений, так как обеспечивают стабильность и устойчивость к ошибкам. Исследователи подтвердили наблюдение таких состояний с помощью строгого моделирования и тестирования гетероструктурных устройств.

Топологические квантовые вычисления основаны на использовании энионов — квазичастиц, возникающих в результате взаимодействия множества частиц на поверхности материала. В данном случае использовалась сверхпроводящая нанопроволока из арсенида индия, размещенная близко к алюминиевому сверхпроводнику. При определенных условиях проволока становится сверхпроводящей и входит в топологическую фазу, где MZM возникают на ее концах.

Преимущество топологических кубитов заключается в их устойчивости к ошибкам, так как квантовая информация распределяется и хранится в физической системе, а не в отдельных частицах. Это делает систему более отказоустойчивой. Кроме того, нулевые моды Майораны, названные в честь итальянского физика Этторе Майораны, способны сохранять «память» о своих относительных положениях, что позволяет создавать более надежную квантовую логику.

Восьмикубитный процессор является важной вехой в разработке топологического квантового компьютера. Исследователи также опубликовали препринт на arXiv, где изложили план масштабирования своей технологии до полнофункционального квантового компьютера.

Работа над проектом велась в тесном сотрудничестве между Station Q и Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре, с участием экспертов в области материаловедения, таких как Крис Палмстром и Сюзанна Штеммер. Концепция полупроводниковой гетероструктуры, лежащая в основе разработки, была вдохновлена идеями покойного Герба Кремера, лауреата Нобелевской премии.

Это достижение подчеркивает важность междисциплинарного подхода и сотрудничества между научными учреждениями и технологическими компаниями для продвижения квантовых вычислений. Хотя восьмикубитный процессор является лишь началом, он знаменует собой значительный прогресс в создании более стабильных и мощных квантовых систем.