A Microsoft előrelépést jelent be egy teljesen új típusú qubit terén

Eddig két alapvető kvantumszámítási technológia került kereskedelmi forgalomba. Az egyik típusú eszköz, az úgynevezett jeladó, rezonátorhoz csatlakoztatott szupravezető huzalhurkokat tartalmaz. Olyan cégek használják, mint a Google, az IBM és a Rigetti. Az olyan vállalatok, mint a Quantinuum és az IonQ, ehelyett fénycsapdákba zárt ionokat használtak. Jelenleg mindkét technológia kritikus helyzetben van. Egyértelműen hatékonyak, de jelentős minőségi és minőségi fejlesztésekre van szükségük ahhoz, hogy hasznos számításokat végezhessenek.

Kicsit meglepő lehet látni, hogy a Microsoft elkötelezett egy alternatív technológia, az úgynevezett „topológiai qubit” mellett. Ez a technológia kellően távol áll a cég többi lehetőségétől most bejelentette Dolgoztam a fizikában, hogy kvbiteket alkossak. A Microsoft megközelítésének jobb megértése érdekében Ars a Microsoft mérnökével, Chetan Nayakkal beszélt a vállalat előrehaladásáról és terveiről.

Qubit alap

A Microsoft néhány versenytárs mögé indult, mert rendszerének alapvető fizikája nem volt teljesen meghatározva. A cég rendszere a „majorana részecske” ellenőrzött előállítására támaszkodik, aminek létezését csak az elmúlt évtizedben igazolták (és még akkor is felfedezték). Ellentmondásos volt).

A részecske nevét Ettore Majoranáról kapta, aki az 1920-as években javasolta az ötletet. Egyszerűbben fogalmazva a Majorana részecske az antirészecske. Két, forgásukban eltérő majorana részecske elpusztul, ha találkoznak. Eddig úgy tűnik, hogy az ismert részecskék egyike sem Majorana-részecske (a neutrínók kivételével mindegyik nem az). De ez a koncepció megmaradt, mert lehetséges Majorana kvázirészecskéket, vagy olyan részecskék és mezők gyűjteményeit készíteni, amelyek bizonyos összefüggésekben úgy viselkednek, mintha egyetlen részecske lennének.

A legfigyelemreméltóbb kvázirészecske valószínűleg a Cooper-pár, amelyben két elektron olyan módon párosul, ami megváltoztatja a viselkedésüket. Cooper-párok szükségesek a szupravezetés működéséhez.

Nayak elmondta, hogy a Microsoft rendszer egy szupravezető vezetéket és a hozzá tartozó Cooper-párokat tartalmaz. Normál körülmények között egy további nem párosított elektron jelenléte költséget jelent a rendszer teljes energiájára. De a mágneses mezők jelenlétében elég kicsi vezetékben energiaköltség nélkül lehet elektront ragasztani a vezeték végére. „A topológiai állapotban és a topológiai szupravezetőben olyan állapotok jönnek létre, amelyek energiaköltség nélkül képesek elnyelni egy extra elektront” – mondta Nayak az Arsnak.

Mivel kvantummechanika, az elektron nem lokalizálódik a huzal azon végén, ahová behelyezik; Ehelyett mindkét végére továbbadják. „A két véglet alapvetően a kvantumhullámfüggvény valós és képzeletbeli része” – mondta Nayak. Ezeket a végállapotokat Majorana zéró módoknak nevezik, és a Microsoft most azt mondja, hogy ő hozta létre őket, és felmérte a tulajdonságaikat.

A kvázirészecskéktől a qubitekig

A Majorana nulla módok önmagukban nem használhatók qubitként. De Nayak azt mondta, hogy összekapcsolható egy közeli kvantumponttal. (A kvantumpontok olyan anyagdarabok, amelyek mérete kisebb, mint az anyagban lévő elektron hullámhossza.) Írjon le egy U-alakú vezetéket, amelynek mindkét végén majorana zérus módusok vannak, és ezek végei közel vannak egy kvantumponthoz.

„Hipotetikus folyamatként létrehozhat egy elektronalagútot a kvantumponttól Majorana nulla üzemmódjában, és egy elektronalagutat a másik Majorana nulla üzemmódjától távol és a kvantumpontra” – mondta Nayak az Arsnak. Ezek a cserék megváltoztatják a kvantumpont töltéstároló képességét (más szóval a kapacitását), ami mérhető tulajdonság. Nayak azt is elmondta, hogy a vezeték és a kvantumpontok közötti kapcsolatok szabályozhatók, ami lehetővé teszi a Majorana nulla minták szétválasztását, ami segít megőrizni állapotukat.

A Microsoft még nem érte el a kvantumpontos megosztási pontot. De nem kevés munkát végzett, hogy a topológiai állapot működjön a vezetékben. A cég által használt anyagok viszonylag szokatlanok: az alumínium szupravezető huzalként és indium-arzenid, mint félvezető, amely körülveszi. A Microsoft ugyanazt a hardvert gyártja.