Artikel ini adalah diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah a Lisensi Creative Commons.
Peneliti di Microsoft memiliki diumumkan Penciptaan “qubit topologi” pertama dalam perangkat yang menyimpan informasi dalam keadaan materi yang eksotis, dalam apa yang mungkin merupakan terobosan yang signifikan untuk komputasi kuantum.
Pada saat yang sama, para peneliti juga menerbitkan Kertas di Alam dan A “peta jalan”Untuk pekerjaan lebih lanjut. Desain prosesor Majorana 1 seharusnya sesuai dengan satu juta qubit, yang mungkin cukup untuk mewujudkan banyak tujuan signifikan Komputasi kuantum—Sebuah kode kriptografi yang retak dan merancang obat dan bahan baru lebih cepat.
Jika Microsoft Klaim Pak, Perusahaan mungkin memiliki pesaing yang melompati seperti IBM dan Google, yang saat ini tampaknya memimpin balapan untuk membangun komputer kuantum.
Namun, kertas alam peer-review hanya menunjukkan bagian dari apa yang diklaim para peneliti, dan peta jalan masih mencakup banyak rintangan yang harus diatasi. Sementara siaran pers Microsoft memamerkan sesuatu yang seharusnya menjadi perangkat keras komputasi kuantum, kami tidak memiliki konfirmasi independen tentang apa yang dapat dilakukannya. Namun demikian, berita dari Microsoft sangat menjanjikan.
Sekarang Anda mungkin memiliki beberapa pertanyaan. Apa itu qubit topologi? Apa itu qubit sama sekali, dalam hal ini? Dan mengapa orang menginginkan komputer kuantum?
Bit kuantum sulit dibangun
Komputer kuantum pertama kali diimpikan pada 1980 -an. Di mana komputer biasa menyimpan informasi dalam bit, komputer kuantum menyimpan informasi dalam bit kuantum – atau qubit.
Bit biasa dapat memiliki nilai 0 atau 1, tetapi bit kuantum (berkat hukum mekanika kuantum, yang mengatur partikel yang sangat kecil) dapat memiliki kombinasi keduanya. Jika Anda membayangkan bit biasa sebagai panah yang dapat mengarah ke atas atau ke bawah, qubit adalah panah yang dapat menunjuk ke arah mana pun (atau apa yang disebut “superposisi” dari atas dan ke bawah).
Ini berarti komputer kuantum akan jauh lebih cepat daripada komputer biasa untuk jenis perhitungan tertentu – terutama beberapa hubungannya dengan kode yang membongkar dan mensimulasikan sistem alami.
Sejauh ini, sangat bagus. Tetapi ternyata membangun qubit nyata dan mendapatkan informasi masuk dan keluar dari mereka sangat sulit, karena interaksi dengan dunia luar dapat menghancurkan negara -negara kuantum yang halus di dalamnya.
Para peneliti telah mencoba banyak teknologi yang berbeda untuk membuat qubit, menggunakan hal -hal seperti atom yang terperangkap dalam medan listrik atau pusaran saat ini berputar -putar di superkonduktor.
Kabel kecil dan partikel eksotis
Microsoft telah mengambil pendekatan yang sangat berbeda untuk membangun “qubit topologi”. Mereka telah menggunakan apa yang disebut partikel Majorana, yang pertama berteori pada tahun 1937 oleh fisikawan Italia Ettore Majorana.
Majora tidak secara alami adalah partikel yang terjadi seperti elektron atau proton. Sebaliknya, mereka hanya ada di dalam jenis bahan langka yang disebut superkonduktor topologi (yang membutuhkan desain material canggih dan harus didinginkan hingga suhu yang sangat rendah).
Penjelajah Microsoft pada prosesor Majorana 1.
Memang, partikel Majorana begitu eksotis sehingga mereka biasanya hanya dipelajari di universitas – tidak digunakan dalam aplikasi praktis.
Tim Microsoft mengatakan mereka telah menggunakan sepasang kabel kecil, masing -masing dengan partikel Majorana yang terperangkap di kedua ujungnya, untuk bertindak sebagai qubit. Mereka mengukur nilai qubit – diekspresikan dengan cara apakah elektron berada dalam satu kawat atau yang lain – menggunakan gelombang mikro.
Bit dikepang
Mengapa Microsoft melakukan semua upaya ini? Karena dengan menukar posisi partikel Majorana (atau mengukurnya dengan cara tertentu), mereka dapat “dikepang” sehingga mereka dapat diukur tanpa kesalahan dan tahan terhadap gangguan luar. (Ini adalah bagian “topologi” dari “qubit topologi.”)
Secara teori, komputer kuantum yang dibuat menggunakan partikel Majorana dapat sepenuhnya bebas dari kesalahan qubit yang mengganggu desain lainnya.
Inilah sebabnya mengapa Microsoft memilih pendekatan yang tampaknya melelahkan. Teknologi lain lebih rentan terhadap kesalahan, dan ratusan qubit fisik mungkin perlu digabungkan bersama untuk menghasilkan “qubit logis” yang andal.
Microsoft sebaliknya telah menempatkan waktu dan sumber dayanya untuk mengembangkan qubits yang berbasis di Majorana. Saat perusahaan terlambat ke pesta kuantumia berharap untuk mengejar ketinggalan dengan cepat.
Selalu ada tangkapan
Seperti biasa, jika sesuatu terdengar terlalu bagus untuk menjadi kenyataan, ada tangkapan. Bahkan untuk komputer kuantum yang berbasis di Majorana, seperti yang diumumkan oleh Microsoft, satu operasi-yang dikenal sebagai T-Gate-tidak dapat dicapai tanpa kesalahan.
Jadi chip kuantum berbasis Majorana hanya “hampir bebas dari kesalahan.” Namun, mengoreksi kesalahan T-gate jauh lebih sederhana daripada koreksi kesalahan umum platform kuantum lainnya.
Microsoft berencana untuk meningkatkan dengan mengelompokkan bersama semakin banyak qubit.
Apa sekarang? Microsoft akan mencoba untuk bergerak maju dengan peta jalannya, dengan mantap membangun koleksi qubit yang lebih besar dan lebih besar.
Komunitas ilmiah akan mengamati dengan cermat bagaimana prosesor komputasi kuantum Microsoft beroperasi, dan bagaimana kinerjanya dibandingkan dengan prosesor komputasi kuantum yang sudah mapan lainnya.
Pada saat yang sama, penelitian tentang perilaku eksotis dan tidak jelas dari partikel -partikel Majorana akan berlanjut di universitas -universitas di seluruh dunia.
