مایکروسافت این هفته اولین تراشه کوانتومی خود را معرفی کرد. این تراشه که «مایورانا 1» (Majorana 1) نام دارد، بر پایه معماری جدیدی به نام هسته توپولوژیکی طراحی شده است. بدون پرداختن بیش از حد به جزئیات فنی، باید اشاره کنیم که رسانای توپولوژیکی (Topoconductor) دستهای پیشرفته از مواد است که به مایکروسافت امکان میدهد ابررسانایی توپولوژیکی ایجاد کند. چتان نایاک (Chetan Nayak)، عضو فنی و معاون ارشد سختافزار کوانتومی در مایکروسافت، در یک پست وبلاگی این مفهوم را حالت جدیدی از ماده توصیف کرده است که تاکنون فقط در نظریهها وجود داشت. با دیجی رو همراه باشید.
برای درک بهتر موضوع، باید بدانید که یک ماده توپولوژیکی نه جامد است، نه مایع، و نه گاز؛ بلکه حالتی کاملاً متفاوت دارد. در حالی که فازهای کلاسیک ماده به الگوهای میکروسکوپی محلی در چیدمان فضایی ذرات مربوط میشوند، خواص فیزیکی حالت توپولوژیکی ماده بر اساس الگوهای درهمتنیدگی کوانتومی با برد بلند تعریف میشوند. این الگوها تعیین میکنند که گروههایی از ذرات چگونه تولید شده و با یکدیگر تعامل دارند.
نایاک در ادامه توضیح میدهد که این پیشرفت ناشی از نوآوریهای مایکروسافت در طراحی و ساخت دستگاههای گیتمحور است که از ترکیب آرسنید ایندیوم (که یک نیمهرسانا است) و آلومینیوم (که یک ابررسانا است) ساخته میشوند. هنگامی که این دستگاهها تا دمای نزدیک به صفر مطلق سرد شوند و در معرض میدانهای مغناطیسی قرار گیرند، به نانوسیمهای ابررسانای توپولوژیکی تبدیل میشوند که در انتهای آنها حالتهای صفر مایورانا (MZMs) شکل میگیرند.
نایاک توضیح میدهد که MZMs در واقع اجزای اصلی کیوبیتها هستند، و کیوبیت یا بیت کوانتومی نیز واحد پایه اطلاعات در محاسبات کوانتومی محسوب میشود.
مایکروسافت اعلام کرده است که این پیشرفت، راهی برای توسعه سیستمهای کوانتومی در مقیاسی عظیم فراهم میکند. این شرکت مدعی است که میتواند تا یک میلیون کیوبیت را روی یک تراشه کوچک جای دهد؛ تراشهای که به اندازه کف دست است اما قدرت محاسباتی آن برای حل پیچیدهترین مسائل صنعتی و اجتماعی جهان در عرض چند سال، و نه چند دهه، کافی خواهد بود. علاوه بر این، مایکروسافت ادعا کرده است که تراشه جدید آن در مقایسه با رقبا مستعد خطای کمتری است.
مایکروسافت حدود 18 ماه پیش نقشه راه خود را برای ساخت یک ابررایانه کوانتومی منتشر کرد که از آن به عنوان اولین نقطه عطف کوانتومی یاد میشود. بر اساس گفتههای نایاک، Majorana 1 دومین موفقیت بزرگ مایکروسافت در زمینه کوانتوم محسوب میشود. او همچنین اشاره کرد که مایکروسافت تاکنون هشت کیوبیت توپولوژیکی را روی تراشهای که برای یک میلیون کیوبیت طراحی شده، جای داده است.
او در ادامه مینویسد:
یک رایانه کوانتومی با یک میلیون کیوبیت فقط یک نقطه عطف نیست، بلکه دروازهای برای حل برخی از دشوارترین مسائل جهان است. حتی قدرتمندترین ابررایانههای امروزی نیز قادر به پیشبینی دقیق فرآیندهای کوانتومی که خواص مواد حیاتی برای آینده ما را تعیین میکنند، نیستند.
اما با دسترسی به محاسبات کوانتومی در این مقیاس، میتوان به نوآوریهایی مانند مواد خودترمیمشونده برای تعمیر ترکهای پلها، کشاورزی پایدار، و کشف ایمنتر ترکیبات شیمیایی دست یافت. امروزه انجام این کارها مستلزم صرف میلیاردها دلار در آزمایشهای پیچیده و تحقیقات آزمایشگاهی است، اما در آینده، با یک رایانه کوانتومی پیشرفته، این محاسبات تنها در قالب چند محاسبه ریاضی انجام خواهد شد.
