A Microsoft által kifejlesztett különleges topovezető egy titokzatos részecskét csal elő, amellyel megoldja a kvantumszámítógépek egyik legnagyobb problémáját, a zajt, és potenciálisan forradalmasítja a területet.
A Microsoft szerdán bemutatta új, Majorana 1 nevű kvantumprocesszorát. A két évtizedes fejlesztés eredményeként létrejött chipben nyolc, alumíniumból és indium-arzenidből készült qubit működik, egy különleges atomi rétegenként felépített konstrukcióban, amelyet topológiai anyagnak neveznek.
Satya Nadella, a vállalat vezérigazgatója X-en közölt bejegyzésében ismertette az eredményt, kijelentve, hogy új idők jönnek. Eddig úgy tudtuk, vannak szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagok, de most itt vannak a topovezetők, amelyekkel alapvető ugrást érünk el a számítástechnikában. Annyit érdemes előrebocsátani, hogy a valóságban nincs szó új halmazállapotról, és a szakmai közvéleménynek számos fenntartása van a bejelentéssel kapcsolatban.
A kvantumszámítógépek olyan számítógépek, amelyekben kvantumállapotok veszik át a bitek helyét, ezekkel az úgynevezett qubitekkel tulajdonságaik miatt nagyságrendekkel bonyolultabb számítások végezhetők. Egy olyan feladványt, amelynek kiszámolása egy klasszikus számítógépnek évezredekig vagy még tovább tartana, a kvantumszámítógép képes percek alatt megoldani – ezt nevezzük kvantumfölénynek. Ezek a képességek komoly előrelépést jelentenek a műszaki és orvostudományok terén. Ehhez hasonlók a topologikus anyagok is, amelyek belseje elektromos vezető, de a széle szigetelő.
Ironikus módon ez az egyik ok, amiért kvantumszámítógépre van szükségünk, mert hihetetlenül nehéz megérteni az ilyen anyagokat. Egy megfelelő méretű kvantumszámítógéppel képesek leszünk megjósolni még jobb tulajdonságú anyagokat, amelyekből a kvantumszámítógépek következő generációját megépíthetjük.
– magyarázta Krysta Svore, a Microsoft munkatársa a CNBC-nek.
Lényeges, hogy a processzor neve nem az árvacsalánfélék közé tartozó, ürücomb fűszerezésére használt fűszernövényre utal, hanem Ettore Majorana olasz elméleti fizikusra, aki felvetette, hogy létezhetnek olyan részecskék, amelyek saját maguk antirészecskéi. Emellett a neutrinók tömegének kiszámításán dolgozott, mielőtt nyomtalanul eltűnt egy Palermo és Nápoly közötti hajóúton 1939-ben.
A Microsoft bejelentésének lényege, hogy a fent említett Majorana-részecskéket (kvázirészecskéket) hoztak létre az elmúlt években kikísérletezett, különleges nanodrót használatával. Ha a drótot abszolút zéróhoz közeli hőmérsékleten szupravezetővé váló alumínium közelébe helyezték, maga is szupravezetővé vált. Az anyagban ilyen körülmények között párokban mozognak az elektronok, egy páratlan elektron azonban két Majorana-részecskévé válva jelenik meg a drót két végén – ez a két részecske nagyon stabil, mint két egymáshoz kapcsolódó láncszem.
Világos, hogy mitől jó. Nem tudsz elpusztítani egy fél elektront, ugye? Ha eltüntetsz egy fél elektront, akkor egy fél elektronod maradna. Ilyen nem történhet
– magyarázta Sankar Das Sarma, a Marylandi Egyetem elméleti fizikusa, aki részt vett a fejlesztés egy korábbi fázisában.
A Microsoft kutatói 17 éve dolgoznak a problémán. A holland Delft Műszaki Egyetemen Majorana-részecskével elért eredményüket 2021-ben visszavonta a Nature, de nem adták fel. 2023-ban kiadtak egy beszámolót, amely szerint rendszerükkel kimutatható a Majorana-állapot jelenléte. A héten publikált friss beszámolójukban pedig az áll, hogy képesek mérni és leolvasni a drótok állapotát.
Meg tudjuk mondani, hogy 10 millió vagy 10 millió és egy elektron van ezekben a drótokban
– mondta Chetan Nayak, a Microsoft kutatócsoportjának vezetője.
Az, hogy páros vagy páratlan számú elektron van egy ilyen dróton, maga a qubit, vagyis az, ami a klasszikus számítógép számára az 1 és a 0. A két állapot szuperpozícióját pedig a megfelelő sorrendben párosával megmért drótokkal érnék el. A kvantumszámítógépek esetében az az áttörés, hogy ez az információ stabil. Ennek a technikának ugyanis a fő problémája, hogy a hűtés és árnyékolás ellenére a környező világ zaja – a kozmikus sugarak vagy a szomszéd kávédarálója – nagyon rövid időn belül felülírja a qubitet.
Független szakértők remélik, hogy a kutatók tényleg azt látják, amit látni vélnek, közleményükből ugyanis nagyon kevés kézzelfogható dolog derül ki. Mások azt kifogásolták, hogy ha nem demonstrálják a qubit működését, egyáltalán miért publikálnak bármit. A német Helmholtz Kutatóközpont fizikusa, Vincent Mourik szerint „a Microsoft próbálkozása a Majorana qubitekre épülő kvantumszámítógép építésével alapvető okokból nem fog működni”. Chetan Nayak a kritikákra azzal reagált, hogy megfelelő sorrendben és időben közlik majd az eredményeiket, miközben
a Microsoft szellemi tulajdonát is megvédik.
A szakember szerint azonban az eredményeket egyre nehezebb lesz megmagyarázni, ezért valószínűleg sosem lesz egy olyan konkrét pillanat, amikor mindenkit meggyőznek.
A Microsoft rendszerének további fejlesztését mindenesetre az amerikai védelmi fejlesztési ügynökség, a DARPA támogatja. A vállalat szerint a cél, hogy egymillió nanodrótos qubitet építsenek egy akkora chipre, mint a Majorana 1, így már nem évtizedekre, hanem évekre vagyunk ezektől a kvantumszámítógépektől.