Calculul cuantic, un domeniu încă în curs de dezvoltare, dar extrem de promițător, tocmai a atins un punct de cotitură major. Cercetătorii Microsoft au dezvăluit un nou cip cuantic care folosește un tip complet nou de material capabil să manipuleze o stare a materiei nemaivăzută până acum: topoconductorul. Acest avans ar face posibilă în viitorul apropiat crearea de qubiți care sunt mai stabili, mai mici și mai eficienți decât cei utilizați în calculatoarele cuantice actuale.
În lumea calculatoarelor clasice, unitatea de bază a informației este bitul, care poate lua două valori: 0 sau 1. În schimb, calculul cuantic se bazează pe qubiți, care au capacitatea de a reprezenta simultan 0 și 1 printr-un fenomen numit suprapunere. Această proprietate permite computerelor cuantice să proceseze o cantitate exponențial mai mare de informații decât calculatoarele tradiționale. Cu toate acestea, qubiții actuali sunt instabili și greu de întreținut, limitând performanța computerelor cuantice.
Cipul cuantic prezentat de Microsoft, numit Majorana 1, se bazează pe un tip deosebit de inovator de qubit bazat pe materiale topologice. Numiți qubiți topologici, aceștia sunt mult mai stabili și mai fiabili decât predecesorii lor. Această stabilitate sporită ar putea ajuta la depășirea limitărilor actuale ale calculului cuantic. Una dintre cele mai fascinante descoperiri ale acestui proiect este utilizarea fermionilor Majorana, particule teoretizate de matematicianul Ettore Majorana în 1937. Conform acestei teorii, fermionii Majorana sunt particule care sunt și propria lor antiparticulă. Această caracteristică specială le-ar permite să „stocheze” informații cuantice într-un mod extrem de stabil, deoarece ar fi mai puțin supuși interferențelor externe. Dificultatea constă în faptul că aceste particule nu există în mod natural în natură. Din acest motiv cercetătorii de la Microsoft au trebuit să realizeze o serie de inovații pentru a le crea și a le exploata în qubiții lor. Datorită unei arhitecturi materiale specifice și a unor condiții foarte particulare, ei au reușit să observe și să manipuleze acești fermioni Majorana pentru prima dată. Acesta a fost un pas decisiv în construcția cipului cuantic Majorana 1.
Cipul Majorana 1 reprezintă primul prototip al unui computer cuantic care utilizează qubiți topologici. Format din opt qubiți, acest cip este rezultatul a peste 17 ani de cercetare. Ceea ce trebuie să înțelegem este că acești noi qubiți, mai mici și mult mai stabili decât modelele tradiționale, fac posibilă construirea unor computere cuantice mai puternice, dar și mult mai compacte și eficiente din punct de vedere energetic. Cipul se bazează pe un material topoconductiv, un amestec de semiconductori și supraconductori, care ajută la crearea mediului necesar apariției fermionilor Majorana. Acest material, care este o combinație de arseniură de indiu și supraconductor de aluminiu, este cheia tranziției la starea topologică a materiei, unde qubiții topologici pot funcționa stabil. Acest proces a necesitat temperaturi extrem de scăzute, aproape de zero absolut, și expunere la câmpuri magnetice foarte specifice pentru a crea condițiile ideale. Pentru a construi un qubit din acest material, cercetătorii au folosit o rețea de nanofire aranjate în formă de „H”. Prin inducerea prezenței fermionilor Majorana în cele patru puncte ale „H”, aceștia au reușit să creeze un qubit funcțional. Acest proces nu este doar o performanță științifică: el deschide și calea pentru o nouă generație de cipuri cuantice.
Una dintre principalele provocări în calculul cuantic constă în decoerența qubiților: aceștia își pierd rapid starea cuantică din cauza perturbațiilor externe, ceea ce îi face dificil de exploatat. Qubiții topologici, datorită exploatării stării topologice a materiei, sunt mult mai rezistenți la aceste perturbații. Asta îi face mai fiabili și mai puțin susceptibili la erori, un atu-cheie pentru viitorul calculului cuantic. În plus, reducerea dimensiunii qubiților ar permite o densitate mult mai mare în același spațiu. În timp ce qubiții supraconductori au adesea o dimensiune de câțiva microni, qubiții topologici pot fi realizați la o scară mult mai mică, permițând cipuri cuantice mai puternice.
Impactul real al acestei inovații este posibilitatea de a crea computere cuantice la scară largă. Dacă cercetătorii pot scala această tehnologie la milioane de qubiți, ar putea duce la calculatoare cuantice capabile să rezolve probleme complexe în domenii atât de diverse precum medicina, știința materialelor și inteligența artificială. Aceste computere ar fi capabile să simuleze fenomene naturale, să exploreze noi molecule pentru medicamente și materiale sau chiar să optimizeze procesele industriale mult mai eficient decât supercalculatoarele actuale.
Loading ...
