Microsoft Corp. представил свой первый чип для квантовых вычислений, что стало важным шагом в стремлении компании создать устройства, которые в будущем смогут решать задачи, недоступные современным компьютерам.

Компания заявляет, что ее чип Majorana 1 использует 8 кубитов, строительных блоков квантовых вычислений, на аппаратном обеспечении размером с тонкую записку, которое, по ее мнению, в конечном итоге может содержать 1 миллион таких кубитов. Сейчас чип способен лишь решать математические задачи, доказывающие, что им можно управлять. Но инженеры Microsoft утверждают, что он достаточно далеко продвинулся, чтобы стать основой для будущих квантовых машин.

Заявление Microsoft свидетельствует о том, что инженеры компании нашли способ использовать частицы, делающие квантовые вычисления возможными, в системе, которая в один прекрасный день сможет обеспечивать работу центров обработки данных и способствовать прогрессу в таких областях, как химия и здравоохранение. Некоторые из полученных результатов, описывающие работу того, что компания называет топокондуктором, опубликованы 19.02.2025 г. в журнале Nature.

«Ученые теоретизировали об этом еще в 1937 году», – сказал Джейсон Зандер, исполнительный вице-президент Microsoft, отвечающий за вывод квантовых и других перспективных технологий на рынок. «Нам потребовалось почти сто лет, чтобы доказать это. Теперь мы можем использовать ее». Он добавил, что квантовые машины будут делать полезные вещи через «годы, а не десятилетия».

В области квантовых вычислений, скорое появление которых предсказывалось уже около десяти лет, за последние месяцы произошел шквал анонсов, свидетельствующих о том, что машины могут приблизиться к практическому применению.

Технология знаменует собой отход от фундаментальной структуры компьютеров. Будь то iPhone или суперкомпьютер в центре обработки данных, все компьютеры обрабатывают информацию в единицах, называемых битами, которые кодируются как единица или ноль. Квантовые биты – или кубиты – представляют собой вероятности единицы или нуля, а иногда принимают оба значения.

Благодаря такой податливости цепочки кубитов могут рассматривать сразу несколько возможностей, что позволяет им находить решения проблем, которые ставят в тупик традиционные машины, жестко привязанные к единицам и нулям. Компания Google, принадлежащая Alphabet Inc., в декабре объявила, что ее новому квантовому чипу потребовалось пять минут, чтобы решить задачу, на решение которой традиционным компьютерам потребовалось бы больше времени, чем возраст Вселенной.

Проблема Google, Microsoft и множества стартапов, работающих над квантовыми машинами, заключается в частоте ошибок этой технологии. Производство частиц, которыми можно управлять с помощью электроники, требует сверхохлажденной, тихой среды, поскольку рассеянное тепло или звуковые волны могут привести к ошибкам. В экспериментах эти частицы появляются и исчезают за доли секунды. И исправление их ошибок может оказаться такой же сложной задачей, как и создание частиц.

Компания Microsoft, начавшая работу над квантовыми технологиями в 2004 году, выбрала иной подход, чем большинство других, сосредоточив свои усилия на минимизации ошибок — в частности, на квазичастицах Майораны, названных так в честь итальянского физика, который теоретизировал их в 1930-х годах. Microsoft считает, что майорановские кубиты будут менее подвержены случайным переключениям между единицами и нулями, чем кубиты, созданные с помощью других подходов.

Чтобы изолировать и контролировать Майорану, Microsoft соединил атом за атомом в полоски арсенида индия и алюминиевые нанопроволоки в форме буквы H. При охлаждении до температуры, близкой к абсолютному нулю, и точной настройке магнитного поля Майорана индуцируется на каждом из четырех концов буквы, образуя один кбит. Он испускает сигналы – единицы и нули, – которые инженеры могут считывать с помощью микроволн. Такая структура может быть реализована на всем чипе.

Было несколько фальстартов: В 2018 году исследователи Microsoft думали, что идентифицировали частицы, но позже отозвали статью, в которой пытались это доказать. В конце концов, они решили проблему и смогли создать и измерить Майорану несколько лет спустя.