Majorana 1 von Microsoft: Der Weg zu einer Million Qubits

satya nadella kündigte gerade die Veröffentlichung von Microsofts Majorana 1 an, der weltweit ersten Quantenverarbeitungseinheit (QPU), die von einer einzigartigen „topologischen Kernarchitektur“ angetrieben wird. Die Ankündigung hat in der Quantengemeinschaft eine ernsthafte Aufregung erregt. Majorana 1 ist ein Schritt in die Zukunft des Quantencomputers und verspricht, Probleme anzugehen, die für die heutigen klassischen Computer derzeit zu komplex sind. Dieser Chip, der auf topologischen Qubits basiert, ist ein neuer Ansatz, der sich von dem unterscheidet, was Konkurrenten wie Google und IBM mit supraleitenden oder gefangenen Qubits ausführen. Lassen Sie es uns aufschlüsseln.

Inhaltsverzeichnis

• Was ist Majorana 1? Ansprüche
• Was kommt als nächstes für Microsofts Majorana 1?
Was ist Majorana 1?
• Microsofts Majorana 1 ist ein ehrgeiziges Technikstück, das das Quantum Computing topologisch verleiht. Benannt nach dem Majorana Fermion - ein schwer fassbares quasipartikel, der 1937 von Ettore Majorana theoretisiert wurde - der Chip verwendet topologische Qubits. Dies sind weit entfernt von den supraleitenden Qubiten oder Faser-Ionen-Qubits, die üblicherweise von Google und IBM verwendet werden. Majorana 1 ist so konzipiert, dass sie auf ein einzelnes Gerät in Palmgröße auf eine Million Qubits skaliert werden. Laut Größen ist Laut einer Größe von Microsoft der Schlüssel zur Erreichung von fehlertolerantem Quantencomputer, das einige ernsthafte komplexe industrielle und gesellschaftliche Herausforderungen lösen kann.
  • Ein paar Reflexionen über den von uns gerade angekündigten Quantum -Computing -Durchbruch…
  • Die meisten von uns sind mit dem Lernen aufgewachsen. Es gibt drei Haupttypen von Materie: Fest, Flüssigkeit und Gas. Heute hat sich das geändert.
  Entwicklungsgeschichte
  Timeline
: Der Majorana 1 ist nicht etwas über Nacht. Dies ist das Ergebnis von fast zwei Jahrzehnten der Forschung und ist damit das am längsten laufende F & E-Projekt von Microsoft. Die Reise begann im Jahr 2005 im Rahmen des Station Q -Programms, bei dem Experten wie Chetan Nayak (Microsoft Technical Fellow und Quantum Hardware VP) die Ladung anführten.
• Meilensteine ​​
:
• • 2022 : Microsoft sah schließlich experimentelle Hinweise auf Majorana Zero -Modi (MZMs) in Nanodrähten - ein kritischer Moment nach einigen früheren Rückschlägen.
  • 2023 : Das Team hat es geschafft, die Kontrolle über diese Majorana -Quasitikel zu demonstrieren, was seinen Ansatz validierte.
  • 19. Februar 2025 : Die offizielle Enthüllung wird mit einem von Experten begutachteten Papier in Nature und Daten, die am Station Q-Meeting geteilt werden, geschehen.

  Team : Mit über 160 Forschern, Wissenschaftlern und Ingenieuren, die an dem Projekt arbeiteten, kann man mit Sicherheit sagen, dass dies keine Solo -Anstrengung war - es war eine massive, interdisziplinäre Teamleistung.

  Technische Details

  Der Chip selbst ist ziemlich auffällig, und seine goldenen Schaltkreise hält zart in der Hand-ein kompaktes Wunder im Vergleich zu einigen der weitläufigen Quantenaufbauten, die wir gewohnt sind. Aber die Innenseiten? Na, lass uns mehr darüber erfahren:

  Kerninnovation: Topokonduktoren

  Also, was macht diesen Chip genau zum Ticken? Majorana 1 stützt sich auf eine neue Klasse von Materialien, die als „Topokonduktoren“ (topologische Superkonjäeiterin) bezeichnet werden und das Indiumarsenid (ein Halbleiter) und Aluminium (ein Superkonduktor) kombinieren. Diese Materialien werden durch Atom unter Verwendung der molekularen Strahlpitaxie Atom hergestellt, auf nahezu absolute Null (-273 ° C) abgekühlt und mit Magnetfeldern eingestellt, um einen Zustand der Materie zu erzeugen, der weder fest, flüssig noch gas ist.

  Dieser spezielle Zustand ermöglicht die Schaffung von Majorana Zero -Modi (MZMs) an den Enden von Nanodrähten. Diese MZMs haben einige einzigartige Eigenschaften wie nicht-Abel-Statistiken, was bedeutet, dass sie die Quanteninformationen nicht lokal speichern, wodurch sie gegen Umgebungsgeräusche resistent sind. Mit anderen Worten, sie sind von Natur aus stabiler als herkömmliche Qubits.

  Qubit -Design

  Die topologischen Qubits in Majorana 1 entstehen aus einer H-fischten Einheit, die aus zwei parallelen topologischen Nanodrähten besteht, die durch einen trivialen supraleitenden Draht verbunden sind. Microsoft nennt dies ein "Tetron". Derzeit beherbergt der Majorana 1 -Chip acht dieser Qubits, aber es ist die Idee, auf einem einzigen Chip bis zu einer Million Qubits zu skalieren - nur die Größe eines Uhrengesichts oder einer Handfläche.

  

  Und hier ist der unterhaltsame Teil: Im Gegensatz zu herkömmlichen Qubiten, die komplexe analoge Signale erfordern, werden diese topologischen Qubits digital mit einfachen Impulsen kontrolliert, die Quantenpunkte mit Nanodrähten verbinden. Dies macht Operationen einfacher und weniger anfällig für Fehler.

  Durchbruch der Messung

  In einer Welt, in der Quantenzustände notorisch schwachsinnig sind, entwickelte Microsoft eine genaue Methode zur Messung dieser Zustände. Unter Verwendung von Quantenpunkten (winzige Kondensatoren) können sie die Parität erkennen - ob eine gleichmäßige oder ungerade Anzahl von Elektronen im System - in Mikrosekunden. Dies ermöglicht es ihnen, zwischen verschiedenen Zuständen zu unterscheiden, einen wichtigen Schritt zur Berechnung.

  der coole Teil? Diese nicht zerstörerische Messung unterstützt einen „messbasierten“ Computeransatz, der sich von den von vielen Wettbewerbern verwendeten rotationsbasierten Methoden unterscheidet.

  Architektur

  Die Architektur von Majorana 1 ist unter Berücksichtigung der Skalierbarkeit ausgelegt. Der Chip verwendet Tetrons, die in Arrays angeordnet sind (denken Sie an 4 × 2 oder 27 × 13 Setups), wodurch die Quantenfehlerkorrektur (QEC) über Gitterchirurgie und Flechtentransformationen unterstützt werden. Diese Arrays sind so konzipiert, dass sie leicht in Azure -Rechenzentren integriert werden können, was den Setup viel kompakter macht als einige konkurrierende Quantencomputer, die weitläufige physische Räume erfordern.

  Leistung und Ansprüche

  • aktueller Zustand : MAIRAANA 1 ist ab sofort noch ein Forschungsgerät. Es gibt nur acht Qubits - far weniger als die 156 Qubits im neuesten Prozessor von IBM oder Google Willow Chip. Aber Microsoft ist nicht allzu besorgt über Quantität - es dreht sich alles um Qualität.
  • Fehlerwiderstand : Topologische Qubits sind hardwaregeschützt, was bedeutet, dass sie von Natur aus stabiler sind als herkömmliche Qubits, die häufig auf einer softwaregesteuerten Fehlerkorrektur beruhen. Die genauen Fehlerraten wurden nicht offengelegt, aber frühe Daten deuten auf erhebliche Verbesserungen der Stabilität hin.
  • Skalierbarkeit : Microsoft behauptet, sie hätten einen „klaren Weg“ zur Skalierung von bis zu einer Million Qubits. Dies ist eine mutige Behauptung, zumal andere Unternehmen schätzen, dass Tausende von physischen Qubiten erforderlich sein würden, um die gleiche logische Ausgabe aufgrund der Fehlerkorrekturaufwand zu erzielen. Das Design von Majorana 1 erfordert jedoch theoretisch weniger physische Qubits, um dasselbe Ergebnis zu erzielen.
  • Timeline : Microsoft schlägt vor, dass praktisches Quantencomputer in den nächsten Jahren eintreffen könnte-vielleicht bis 2030. Dies stellt sie vor Konkurrenten wie Nvidia (die 15-30 Jahre vorhersagt) oder IBM (2033).

  Was kommt als nächstes für Microsofts Majorana 1?

  • Zwei-Qubit-Gerät : Messbasierte Flechten für Clifford-Operationen zeigen.
  • acht Qubit-Array : Fehlerkorrektur auf logischen Qubits implementieren.
  • Größere Arrays : Bewegen
  • Kommerzialisierung : Noch kein Unternehmen für die Kommerzialisierung des Unternehmens, aber Microsoft plant, Majorana 1 in den kommenden Jahren für Forschungszwecke mit Labors und Universitäten zu teilen.

  Beyond Scale : Microsoft stellt sich vor, dass ein Million-Qubit-Chip nur der Anfang ist-nicht glaubt, dass sie etwa 1.000 dieser Chips für echte Auswirkungen des Versorgungsmaßstabs benötigen.

  Endnotiz
  Microsofts Majorana 1 ist ein faszinierender Schritt nach vorne beim Quantencomputer. Während es möglicherweise nicht die RAW -Qubit -Macht gibt, mit Google oder IBM in bloßen Zahlen zu konkurrieren, ist der topologische Ansatz vielversprechend. Wenn Microsoft es wie behauptet skalieren kann, ist Majorana 1 möglicherweise nicht nur ein weiterer Blitz in der Quantenpfanne - es könnte der Beginn von etwas viel Größerem sein. Aber nur die Zeit wird sagen.
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