Miért éppen Majorana?
A Majorana 2 elődjéhez hasonlóan a kvantumchipek működését egy közel százéves olasz fizikai elmélet inspirálta, miszerint létezhet olyan részecske, amely saját maga antirészecskéje. Ez az elmélet lehetőséget ad arra, hogy a kvantuminformációk stabil, hosszú távon is kezelhető állapotban maradjanak. Mivel Majorana-részecskék természetes körülmények között nem fordulnak elő, kutatók mesterségesen teremtik meg őket a megfelelő körülmények között, így hozzák létre azt a speciális „topológiai” anyagállapotot, amelyben az atomok nagy távolságon keresztül kvantumosan összefonódnak.
Az első Majorana-processzor egy indium-arzenid félvezetőből és alumínium szupravezetőből készült anyagrétegeket kombinált, míg a Majorana 2 jelentősen továbbfejlesztett technológiával dolgozik. Az új chip esetében ólom veszi körül a szupravezető nanohuzalokat, hogy megvédje az érzékeny kvantumállapotot a külső hatásoktól. Emellett az indium-arzenid–antimonid kombináció használata megduplázta a kvantumbitek védelmét biztosító „topológiai rést”. Ennek köszönhetően az új lapka stabilitása és megbízhatósága egészen más szintre lépett.
MI-geometria atomról atomra
A Majorana 2 fejlesztésének talán legizgalmasabb részét az jelentette, hogy minden alkotóelemet atomról atomra kellett elhelyezni, megfelelő szennyezőanyagokat adagolva a kristályszerkezethez. Ha azonban a szennyezők mennyisége vagy elhelyezése nem tökéletes, az rontja a szerkezetet. Ebben a folyamatban az MI-nek kulcsszerep jutott: szimulációkkal, előrejelzésekkel jelentősen felgyorsította a fejlesztést, amely egyébként hosszadalmas kísérletezést igényelt volna.
A Microsoft Discovery Platform MI-ügynökei a tervezés során minden részletre figyeltek: a szoftver, hardver, anyagok, gyártási folyamatok, mérési metódusok mind összefüggtek, egyetlen apró változtatás is hullámhatást indított el az egész rendszeren belül. Az MI-nek hála sikerült a múltból felhalmozott, töredékekben tárolt hatalmas adatbázist újra feldolgozni, összerendezni, és így hatékonyabbá tenni a fejlesztést. Az MI lényegében nemcsak a fejlesztési időt rövidítette drasztikusan, hanem az automatizált mérési folyamatok révén emberi szemmel felfoghatatlan gyorsasággal képes volt optimalizálni az egyes paramétereket.
Kvantumverseny az élenjárók között
A legérdekesebb rész még csak ezután jön: bár a Microsoft szerint a fejlesztési idő legalább a felére csökkent, és már 2029-re reálisnak látszik egy hibatűrő kvantumszámítógép elkészülése, érdemes egy csipetnyi óvatossággal kezelni az ígéreteket. A Majorana 1 tavalyi bemutatója után is több tudós, köztük a Pittsburghi Egyetem és a QuEra (kvantumprocesszorokat fejlesztő amerikai cég) szakértői is megkérdőjelezték, hogy valóban sikerült-e egyértelműen bizonyítani a Majorana zérómódok jelenlétét, amelyek a topológiai kvantumbitek alapjai. Ráadásul a most publikált eredmények még nem estek át független lektoráláson, így kérdéses, hogy a szélesebb tudományos közösség mennyire fogadja el hitelesnek a Microsoft által publikált adatsorokat.
A kvantumszámítógépek különböző megközelítései továbbra is versenyeznek: ioncsapdás, szilíciumalapú, szupravezető kvantumbites, vagy éppen a most bemutatott topológiai kvantumbit – mindenki a Szent Grálnak számító, hibatűrő kvantumrendszert keresi, amely az egyre növekvő rendszerben exponenciálisan képes csökkenteni a hibák arányát. Minden szereplő abban bízik, hogy az ő technológiája lesz az, amely elsőként lépi át ezt a határt.
Szelet a kvantum-aranylázból
A viták közepette azonban abban mindenki egyetért: ha bármelyik megközelítés valódi előrelépést ér el a működő kvantumszámítógép felé vezető úton, az az egész szakterület javára válik. A technológiai verseny és a különféle irányzatok egyszerre történő feszegetése nagyobb tempóra ösztönzi az innovációt, még ha most a Microsoft fejlesztéseire szegeződik is a tudományág szeme. Mindebből fakadóan a következő évek eldöntik, hogy valóban az új Majorana 2 processzor és a topológiai kvantumbitek lesznek-e a jövő kvantumgépeinek alapjai – vagy valami egészen más irányból jön az áttörés.
