Microsoft＆＃039; s Majorana 1説明：100万のQubitsへの道

サティヤ・ナデラは、ユニークな「トポロジーコア」アーキテクチャを搭載した世界初の量子加工ユニット（QPU）であるMicrosoftのMayarana 1のリリースを発表しました。この発表は、量子コミュニティでいくつかの深刻な興奮を刺激しました。マヨラナ1は、量子コンピューティングの将来への一歩であり、今日の古典的なコンピューターにとって複雑すぎる問題に取り組むことを約束しています。トポロジカルなQubitsに基づいて構築されたこのチップは、GoogleやIBMのような競合他社が超伝導または閉じ込められたイオンのQubitsで行っていることとは異なる新鮮なアプローチです。それを分解しましょう。

目次

• マヨラナ1とは何ですか？
• 開発史
• 技術的な詳細
  • コアイノベーション：トポコンダクター
  • >クイットデザイン
  • MicrosoftのMajorana 1の次は何ですか？
  マヨラナ1とは何ですか？
MicrosoftのMayarana 1は、量子コンピューティングにトポロジカルなひねりをもたらす野心的な技術です。 1937年にEttore Majoranaによって理論化されたとらえどころのない準粒子にちなんでマヨラナフェルミオンにちなんで名付けられましたが、チップはトポロジカルなキュービットを使用しています。これらは、GoogleおよびIBMが一般的に使用する超伝導キュービットまたは閉じ込められたイオンキュービットとはかけ離れています。 Majorana 1は、単一の手のひらサイズのデバイスで100万キュビットにスケーリングするように設計されています。これは、Microsoftが、いくつかの非常に複雑な産業的および社会的課題を解決できる障害耐性量子コンピューティングを達成するための鍵であると述べています。
• 発表した量子コンピューティングのブレークスルーに関するいくつかの反省… - Satya nadella（@satyanadella）2025年2月19日 開発履歴

タイムライン

：マヨラナ1は一晩で起こったことではありません。これは、20年近くの研究の結果であり、Microsoftで最も長く続いているR＆Dプロジェクトになっています。この旅は2005年にStation Qプログラムの下で始まり、Chetan Nayak（MicrosoftのテクニカルフェローやQuantum Hardware VP）などの専門家が料金をリードしました。

マイルストーン

：

• 2022：マイクロソフトは、ナノワイヤのマヨラナゼロモード（MZMS）の実験的証拠を最終的に見ました。
• 2023：チームは、これらのマヨラナの準粒子の制御を実証し、アプローチを検証することができました。
2025年2月19日
• ：公式発表が行われるように設定されています。 チーム：160人以上の研究者、科学者、エンジニアがプロジェクトに取り組んでいるので、これはソロの努力ではなかったと言っても安全です。それは大規模で学際的なチームの努力でした。

技術的な詳細

チップ自体は非常に印象的で、その黄金色の回路が繊細に手に保持されています。これは、私たちが見ている広大な量子セットアップのいくつかと比較して、コンパクトなマーベルです。しかし、内部？さて、それについてもっと学びましょう：

コアイノベーション：Topoconductorsでは、このチップが正確にティックするのは何ですか？ Majorana 1は、インジウムアルセニド（半導体）とアルミニウム（超伝導体）を組み合わせた「トポコンダクター」（トポロジースーパーコンダクター）と呼ばれる新しいクラスの材料に依存しています。これらの材料は、分子ビームエピタキシーを使用して原子によって製造され、絶対ゼロ（-273°C）に冷却され、固体、液体、ガスのない物質状態を作成するために磁場で調整されています。

この特別な状態は、ナノワイヤの端にマヨラナゼロモード（MZM）を作成することを可能にします。これらのMZMには、非アベル統計のようないくつかのユニークな特性があります。つまり、量子情報を非局所的な方法で保存し、環境ノイズに耐性があります。言い換えれば、それらは従来のQubitsよりも自然に安定しています。

qubit Design

マヨラナ1のトポロジカルキビットは、些細な超伝導ワイヤで接続された2つの平行なトポロジナノワイヤで構成される「H」字型ユニットから形成されます。マイクロソフトはこれを「テトロン」と呼んでいます。現在、Majorana 1 ChipはこれらのQubitsのうち8つをホストしていますが、アイデアは、1つのチップで最大100万キットを拡大することです。

そして、これが楽しい部分です。複雑なアナログ信号を必要とする従来のキュービットとは異なり、これらのトポロジカルキクは、量子ドットをナノワイヤに接続する単純なパルスでデジタル制御されます。これにより、操作がよりシンプルになり、エラーが発生しやすくなります

測定のブレークスルー

量子状態が悪意がある世界では、Microsoftはこれらの状態を測定するための正確な方法を開発しました。量子ドット（小さなコンデンサ）を使用して、マイクロ秒単位で、システム内に電子の均等または奇数の電子があるかどうかにかかわらず、パリティを検出できます。これにより、彼らは異なる状態を区別することができます。これは、計算の重要なステップです。

クールな部分？この非破壊測定は、多くの競合他社が使用する回転ベースの方法とは異なる「測定ベースの」コンピューティングアプローチをサポートします。

アーキテクチャ

マヨラナ1のアーキテクチャは、スケーラビリティを念頭に置いて設計されています。チップは、配列に配置されたテトロンを使用し（4×2または27×13セットアップを考えてください）、格子手術と編み方向変換を介して量子誤差補正（QEC）をサポートします。これらの配列は、Azureデータセンターに簡単に統合されるように設計されており、セットアップは、広大な物理的空間を必要とする一部のライバル量子コンピューターよりもはるかにコンパクトになります。

パフォーマンスとクレーム

• 現在の状態：今のところ、マヨラナ1はまだ研究装置です。 IBMの最新プロセッサまたはGoogleのWillowチップの156キュビットよりも少ない8つのキュービットしかありません。しかし、マイクロソフトは量をあまり心配していません。彼らはすべて品質についてです。
• エラー抵抗：トポロジカルキュービットはハードウェアで保護されています。つまり、ソフトウェア駆動型のエラー補正に依存することが多い従来のキクよりも本質的に安定しています。正確なエラー率は明らかにされていませんが、初期のデータは安定性の大幅な改善を示唆しています。
• スケーラビリティ：Microsoftは、最大100万のキッツをスケーリングするための「明確なパス」があると主張しています。これは大胆な主張です。特に、他の企業は、エラー補正オーバーヘッドのために同じ論理出力を達成するために数千の物理的なキュービットが必要だと推定しているためです。ただし、マヨラナ1のデザインでは、理論的には同じ結果に達するために必要な物理的なQubitsが少なくなります。
タイムライン
• ：Microsoftは、実用的な量子コンピューティングが今後数年間で到着する可能性があることを示唆しています。おそらく2030年までに。 MicrosoftのMajorana 1の次は何ですか？

2 quit device

：Clifford Operationsの測定ベースの編組を実証します
• 8 qubitアレイ：論理キッビットにエラー修正を実装します。
• 大きな配列：DARPAのUS2QCプログラムの一部として、障害耐性プロトタイプ（27×13テトロン）に向かって移動します。ここで、Microsoftはファイナリストです。
• 商業化：まだ確固たる商業化の日付はありませんが、Microsoftは今後数年間、研究目的で今後数年間でラボや大学と共有する予定です。
• スケールを超えて：Microsoftは、100万匹のチップがほんの始まりに過ぎないことを想定しています。 end note

MicrosoftのMajorana 1は、量子コンピューティングにおける興味深い一歩です。 GoogleやIBMと膨大な数の競合する生のQubitパワーはまだないかもしれませんが、そのトポロジー的アプローチには多くの約束があります。 Microsoftが主張するようにスケーリングできる場合、Majorana 1は量子パンの別のフラッシュだけではないかもしれません。しかし、時間だけがわかります

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