Microsoft представила Majorana 2 — новейший QPU-процессор на базе 4 кубитов для первого практического квантового компьютера

Введение

Компания Microsoft представила второе поколение своего квантового процессора — Majorana 2. Новинка стала прямым продолжением прошлогоднего релиза Majorana 1, но с радикально переработанным подходом к разработке и на порядки улучшенной стабильностью кубитов. Текущая версия чипа оперирует всего 4 топологическими кубитами, однако компания утверждает, что их надежность выросла в 1000 раз по сравнению с предшественником, благодаря чему среднее время жизни кубита достигает 20 секунд, а отдельные экземпляры удерживают квантовое состояние вплоть до 1 минуты. На волне этого прогресса Microsoft вдвое сократила дорожную карту и теперь обещает построить первый масштабируемый отказоустойчивый квантовый компьютер на базе Majorana 2 к 2029 году.

Подробнее Microsoft Majorana 2

В отличие от первого поколения QPU-чипов компании Microsoft, в квантовом процессоре Majorana 2 была произведена кардинальная замена используемых сверхпроводников. Если в первом поколении использовался алюминий в качестве сверхпроводника, то теперь инженеры перешли на свинец, нанесенный поверх композитной квантовой ямы из арсенида индия и антимонида индия. Этот переход позволил более чем вдвое увеличить топологический зазор — энергетический барьер, защищающий майорановские нулевые моды, на базе которых основаны решения семейства Majorana, от внешних шумов и ошибок. Благодаря этому кубиты Majorana 2 гораздо менее восприимчивы к космическим лучам и прочим возмущениям, из-за которых возникают ошибки декогеренции в QPU, нарушая вычислительный процесс. Вследствие этого, если в Majorana 1 время жизни кубита составляло от 1 до 12 миллисекунд, то теперь оно превышает 20 секунд, что более чем в 1000 раз выше.

Архитектурно чип базируется на тетронах — топологических кубитах, каждый из которых состоит из двух сверхпроводящих нанопроволок с майорановскими нулевыми модами на концах. В Majorana 2 реализован массив из 4 таких кубитов, представляющих собой Н-образные проводники, на которых и демонстрируются рекордные показатели. Информация хранится в четности числа электронов в топологическом проводнике, а все фундаментальные операции выполняются путем измерений этой четности. Цифровые импульсы соединяют и разъединяют квантовые точки с нанопроволоками, что позволяет проводить однокубитные и двухкубитные измерения совместной четности, а значит — реализовать квантовую коррекцию ошибок. Разработка нового стека материалов велась при активном участии агентного ИИ Discovery, который Microsoft использовала для моделирования и отбора оптимальных комбинаций. На конференции Build было объявлено, что Discovery получит открытую версию, чтобы другие научные группы могли применять его в материаловедении и инженерных задачах.

Microsoft также объявила об участии в программе DARPA Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) — части более широкой инициативы Quantum Benchmarking Initiative. Компания стала одной из двух, допущенных к финальной фазе исследования, и теперь совместно с экспертами из национальных лабораторий США и исследовательских центров работает над созданием отказоустойчивого прототипа практического квантового компьютера на основе топологических кубитов, который должен увидеть свет уже в 2029 году.

Выводы

Microsoft с новым квантовым процессором Majorana 2 намерена добиться первенства в области создания первого практического квантового компьютера, который можно будет применять в реальных, а не лабораторных сценариях использования. Тысячекратный скачок в стабильности кубитов и сокращение горизонта до 2029 года означают, что компания считает топологический подход наконец доказанным на уровне “железа”. Однако критически важно понимать масштаб: сейчас чип оперирует всего четырьмя кубитами, и хотя каждый из них демонстрирует экстремально долгое для подобного класса устройств время жизни, путь к полезным вычислениям лежит через миллионы таких кубитов. Но амбиции компании и сокращение дорожной карты до 2029 год могут стать точкой, когда QPU-устройства впервые покажут свое превосходство над классическими суперкомпьютерами в реальных задачах.