Majorana 1: Ein Quantenphänomen

Ein Blick auf den Majorana 1 -Chip von Microsoft. | Fotokredit: Microsoft

In einer köpfigen Ankündigung Anfang dieser Woche stellte Microsoft einen neuen Quantenchip namens Majorana vor. Laut seiner Pressemitteilung besteht es aus vier Qubiten aus einem „neuen Zustand der Materie“.

Qubit ist kurz für “Quantenbit”, die grundlegende Einheit der Operationen in einem Quantencomputer, ähnlich wie klassische Bits in herkömmlichen Computern. Ein einzelnes Qubit repräsentiert mehr Informationen als ein einzelnes Bit. Ein Quantencomputer erhöht die Vorteile dieser Fähigkeit mithilfe von Quantenphänomenen wie Überlagerung und Verstrickung, um komplexe mathematische Probleme in weniger Schritten zu lösen als der leistungsstärkste herkömmliche Computer.

Quantencomputer unterscheiden sich in Abhängigkeit von der Wahl des Qubits. Zum Beispiel verwendet Google Willow Chip kleine Schaltungen, die die Eigenschaften von Atomen in einem Quantenzustand nachahmen. Microsoft sagte, sein neuer Chip nutzt Majorana -Partikel, schwer fassbare subatomare Einheiten, die in Materialien auftreten sollen, die als topologische Superkonferenzen bezeichnet werden. Diese Partikel haben ungewöhnliche Eigenschaften, von denen Physiker glauben, Qubits zu erstellen, die weniger fehleranfällig sind als die Entwürfe von Google und IBM.

“Topologische Qubits können gewinnen, wenn sich herausstellt, dass sie so viel zuverlässiger sind, dass sie die früheren Ansätze überspringen …”, schrieb die Universität von Texas bei Austin Professor Scott Aaronson in seinem Blog. “Ob das passieren wird, ist noch eine offene Frage, um es extrem mild auszudrücken.”

Eine Physik -Grundierung

Wenn Sie etwas Wasserdampf abkühlen, wird es zu Wasser und dann Eis. Wenn Sie die Temperatur bis zu fast absolut Null senken, hat das System minimale thermische Energie, sodass die Quantenzustände der Materie angezeigt werden können. In den 1970er Jahren stellten Michael Kosterlitz und David Thouless fest, dass die Oberfläche des Superfluid -Heliums manchmal mikroskopische Wirbel entwickelte, die sich paarweise bewegten. Als sie die Temperatur erhöhten, entkoppelten und bewegten sich die Wirbel frei. Es war eine neue Art von Quantenphasenübergang: Die topologischen Attribute des Objekts änderten sich als Reaktion auf Änderungen der Energie.

Topologie ist die Untersuchung der Eigenschaften, die ein Objekt behält, wenn es kontinuierlich deformiert ist, z. B. wenn es gedehnt, aber nicht gebrochen ist. Topologische Materialien sind Materialien mit topologisch geschützten Zuständen: Der „Schutz“ hält den Zustand stabil gegen Verunreinigungen oder kleine Störungen. Zum Beispiel verblasst ein Wirbel in einem Eimer Wasser, da er kinetische Energie verliert. Wirbel in Superfluid -Helium sind jedoch topologisch geschützt. Mit den richtigen internen Bedingungen drehen sie sich weiter. Nur die Quantenphysik erlaubt dies.

In ähnlicher Weise sind topologische Supraleiter Materialien, deren Fähigkeit, einen elektrischen Strom ohne Widerstand durchzuführen, topologisch geschützt ist. Die Signatur eines topologischen Supraleiters ist seine Fähigkeit, Majorana -Partikel zu veranstalten. Diese Materialien werden in der Natur nicht gefunden. Stattdessen konstruieren Wissenschaftler sie im Labor, um die Kombination interner Eigenschaften zu haben, die es Majorana -Partikeln ermöglichen. Berichten zufolge hat Microsoft Indiumarsenid mit Aluminium verwendet.

Eine grundlegende Spannung

Seit der Ankündigung haben unabhängige Experten gefragt, ob der neue Chip wirklich Majorana -Partikel hat. Viele frühere Versuche, darunter einige von Microsoft gesponsert, die behaupteten, diese Partikel zu haben, wurden später durch eine weitere Prüfung aufgehoben.

Die Pressemitteilung von Microsoft behauptete auch, dass ein Papier, das gleichzeitig in Nature veröffentlicht wurde Ob die Partikel wirklich Majorana waren. Der Microsoft -Forscher Chetan Nayak hat später den Blog von Herrn Aaronson klargestellt, dass das Team das Papier im März 2024 bei der Natur eingereicht habe und dass die Teammitglieder „im Zwischenjahr weiterhin Fortschritte erzielt haben“.

Der Widerspruch wurde nach wie vor von Vertrauen in die Behauptungen von Microsoft abtraktion, da sie von einem Papier gesprungen war, in dem ältere Arbeiten zu einer Pressemitteilung beschrieben wurden, die neue Behauptungen entgegenbrachten. Dies ist ein vertrautes Problem: Wenn der private Sektor in der Spitze der Spitzenreiter durchführt es sucht.

Derzeit ist die wissenschaftliche Meinung über die mutmaßlichen Fähigkeiten von Majorana 1 ungleichmäßig, aber auch größtenteils skeptisch. Microsoft hat daher viel zu gewinnen oder zu verlieren, indem er den Chip bei der Arbeit zeigt, aber seine Aktionen haben ihn möglicherweise nur wenig ausgewählt.