Microsoft hat gerade einen Quantenbruch erzielt. Ein Quantenphysiker erklärt, was es bedeutet

Forscher von Microsoft haben angekündigt Die Erstellung der ersten „topologischen Qubits“ in einem Gerät, das Informationen in einem exotischen Zustand der Materie speichert, in einem erheblichen Durchbruch für das Quantencomputer.

Gleichzeitig veröffentlichten die Forscher auch veröffentlicht ein Papier in der Natur und eine “RoadmapFür weitere Arbeiten. Die Gestaltung des Majorana 1 -Prozessors soll bis zu einer Million Qubit entsprechen, was ausreichen kann, um viele bedeutende Ziele des Quantencomputers zu erzielen – z. B. kryptografische Codes zu knacken und neue Medikamente und Materialien schneller zu entwerfen.

Wenn die Behauptungen von Microsoft ausgehen, hat das Unternehmen möglicherweise Konkurrenten wie IBM und Google überrascht, die derzeit scheinen zu sein scheinen das Rennen führen einen Quantencomputer erstellen.

Das von Experten begutachtete Naturpapier zeigt jedoch nur einen Teil dessen, was die Forscher behauptet haben, und die Roadmap enthält immer noch viele Hürden, die überwunden werden sollen. Während die Microsoft -Pressemitteilung etwas zeigt, das Quantum Computing -Hardware sein soll, haben wir keine unabhängige Bestätigung dessen, was es kann. Trotzdem sind die Nachrichten von Microsoft sehr vielversprechend.

Inzwischen haben Sie wahrscheinlich einige Fragen. Was ist ein topologisches Qubit? Was ist überhaupt ein Qubit? Und warum wollen die Leute überhaupt Quantencomputer?

Quantenbits sind schwer zu bauen

Quantencomputer wurden erstmals in den 1980er Jahren ausgedacht. Wenn ein gewöhnlicher Computer Informationen in Bits speichert, speichert ein Quantencomputer Informationen in Quantenbits – oder Qubits.

Ein gewöhnliches Bit kann einen Wert von 0 oder 1 haben, aber ein Quantenbit (dank der Gesetze der Quantenmechanik, die sehr kleine Partikel regieren) kann eine Kombination aus beiden haben. Wenn Sie sich ein gewöhnliches Bit als Pfeil vorstellen, der entweder nach oben oder unten zeigen kann, ist ein Qubit ein Pfeil, der in eine beliebige Richtung verweist (oder was als „Überlagerung“ von nach oben und unten bezeichnet wird).

Dies bedeutet, dass ein Quantencomputer für bestimmte Arten von Berechnungen viel schneller als ein gewöhnlicher Computer wäre – insbesondere einige, die mit abgelegenen Codes und Simulation natürlicher Systeme zu tun haben.

So weit, ist es gut. Es stellt sich jedoch heraus, dass es äußerst schwierig ist, echte Qubits zu bauen und Informationen in sie herauszuholen, da die Interaktionen mit der Außenwelt die empfindlichen Quantenzustände im Inneren zerstören können.

Forscher haben viele verschiedene Technologien ausprobiert, um Qubits herzustellen, indem sie Dinge wie Atome verwenden, die in elektrischen Feldern oder Wirbel des aktuellen Wirbels in Supraleitern eingeschlossen sind.

Winzige Drähte und exotische Partikel

Microsoft hat einen ganz anderen Ansatz verfolgt, um seine „topologischen Qubits“ aufzubauen. Sie haben so genannte Majorana -Partikel verwendet, die 1937 von italienischem Physiker Ettore Majorana erstmals theoretisiert wurden.

Majoranas sind nicht natürlich vorkommende Partikel wie Elektronen oder Protonen. Stattdessen existieren sie nur in einer seltenen Art von Material, die als topologische Supraleiter bezeichnet wird (was fortschrittliche Materialdesign erfordert und auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt werden muss).

In der Tat sind Majorana -Partikel so exotisch, dass sie normalerweise nur an Universitäten untersucht werden – nicht in praktischen Anwendungen.

Das Microsoft -Team sagt, dass es ein Paar winzige Drähte mit jeweils ein Majorana -Partikel verwendet hat, um als Qubit zu fungieren. Sie messen den Wert des Qubits – ausgedrückt danach, ob sich ein Elektron in der einen oder anderen Kabel befindet – unter Verwendung von Mikrowellen.

Geflochtene Teile

Warum hat Microsoft all diese Anstrengungen unternommen? Denn durch Austausch der Positionen von Majorana -Partikeln (oder sie auf eine bestimmte Weise messen), können sie „geflochten“ werden, damit sie ohne Fehler gemessen werden können und gegen äußere Interferenzen resistent sind. (Dies ist der „topologische“ Teil von „topologischen Qubits“.)

Theoretisch kann ein Quantencomputer, der mit Majorana -Partikeln hergestellt wurde, völlig frei von den Qubit -Fehlern sein, die andere Designs plagen.

Aus diesem Grund hat Microsoft einen so scheinbar mühsamen Ansatz gewählt. Andere Technologien sind anfälliger für Fehler, und Hunderte von physischen Qubiten müssen möglicherweise miteinander kombiniert werden, um ein einzelnes zuverlässiges „logisches Qubit“ zu erzeugen.

Microsoft hat stattdessen Zeit und Ressourcen in die Entwicklung von Majorana-basierten Qubits eingesetzt. Während sie sind spät zur großen QuantenpartySie hoffen, dass sie schnell aufholen können.

Es gibt immer einen Haken

Wie immer, wenn etwas zu gut klingt, um wahr zu sein, gibt es einen Haken. Selbst für einen von Microsoft angekündigten Quantencomputer auf Majorana-basierter Quantencomputer wird ein Operation-bekannt als T-Gate-ohne Fehler nicht erreichbar.

Der Quantenchip auf Majorana-basierter Quantenchip ist also nur „fast fehlerfrei“. Die Korrektur von T-Gate-Fehlern ist jedoch viel einfacher als die allgemeine Fehlerkorrektur anderer Quantenplattformen.

Was jetzt? Microsoft wird versuchen, mit seiner Roadmap voranzukommen und immer größere Qubitssammlungen aufzubauen.

Die wissenschaftliche Community wird genau beobachten, wie die Quantum -Computerprozessoren von Microsoft im Vergleich zu den anderen bereits festgelegten Quantencomputerprozessoren funktionieren.

Gleichzeitig wird die Erforschung des exotischen und dunklen Verhaltens von Majorana -Partikeln an Universitäten auf der ganzen Welt fortgesetzt.