Microsoft on ilmoittanut merkittävästä edistysaskeleesta kvanttilaskennan kehityksessä. Yhtiön uusi "Majorana 1" -kvanttiprosessori perustuu topologisiin kubitteihin, jotka voivat mullistaa alan tarjoamalla ratkaisevan edun kvanttivirheiden hallinnassa. Jos Microsoftin lähestymistapa osoittautuu toimivaksi, se voi ohittaa kilpailijat ja mahdollistaa aiempaa nopeamman siirtymän kvanttilaskennan laajamittaiseen hyödyntämiseen.

Kvanttitietokoneiden suurin ongelma on ollut kvanttivirheiden hallinta. Perinteiset kvanttijärjestelmät, kuten suprajohtavat kubitit ja ioniansat, ovat herkkiä ulkoisille häiriöille ja vaativat monimutkaisia virheenkorjausmenetelmiä. Tämän vuoksi nykyiset kvanttitietokoneet tarvitsevat satoja fyysisiä kubitteja tuottaakseen vain yhden luotettavan "loogisen kubitin".

Microsoft uskoo ratkaisseensa tämän ongelman kehittämällä uudenlaisen kvanttiprosessorin, joka perustuu topologisiin kubitteihin. Tämän tekniikan ytimessä ovat Majorana-hiukkaset, teoreettiset kvasi-hiukkaset, jotka pystyvät tallentamaan kvanttitietoa huomattavasti vakaammin kuin perinteiset menetelmät.

Majorana-hiukkaset, joita italialainen fyysikko Ettore Majorana ennusti jo vuonna 1937, ovat erityislaatuisia siitä, että ne toimivat samalla sekä hiukkasina että anti-hiukkasina. Ne eivät esiinny luonnossa, mutta Microsoft on onnistunut luomaan ne laboratoriossa uuden "topokonduktoriksi" kutsutun materiaalin avulla. Tämä yhdistelmä suprajohtavaa alumiinia ja puolijohteista indiumarsenidia mahdollistaa topologisen suprajohtavuuden, jossa Majorana-hiukkaset voivat syntyä ja olla hallittavissa.

Topologisen kubitin idea perustuu siihen, että Majorana-hiukkaset voidaan punoa (braiding), eli niiden sijainteja voidaan vaihtaa keskenään tietyllä tavalla. Tämä muuttaa kvanttitilan ilman, että tietoa käsittelevä kvanttitila altistuu ulkoisille häiriöille. Tämän vuoksi topologiset kubitit ovat luonnostaan virheenkestäviä, ja ne voivat merkittävästi vähentää kvanttivirheenkorjauksen vaatimaa laskennallista lisäkuormaa.

Toinen merkittävä uudistus Microsoftin teknologiassa on sen tapa hallita kvanttitietoa. Perinteisesti kvanttiohjelmointi perustuu hienovaraisiin, analogisiin operaatioihin, joissa kubittien tilaa muutetaan hyvin tarkasti säädellyillä impulsseilla. Microsoftin järjestelmässä taas lasketaan mittausten avulla, jolloin kvanttivirheenkorjaus voidaan toteuttaa yksinkertaisilla digitaalisilla komennoilla. Tämä voisi tehdä suuren mittakaavan kvanttilaskennasta huomattavasti käytännöllisempää.

Microsoft on ollut kvanttitietokoneiden kehityksessä pitkään takamatkalla kilpailijoihinsa, kuten Googleen ja IBM:een nähden. Googlen vuonna 2019 suorittama "kvanttiherruus"-demonstrointi ja IBM:n kehittyvät kvanttiprosessorit ovat pitäneet heidät alan eturintamassa. Microsoft on kuitenkin valinnut kunnianhimoisemman mutta riskialttiimman lähestymistavan, joka voi pitkällä aikavälillä osoittautua voittoisaksi.

Microsoftin visio on selkeä: he uskovat voivansa rakentaa miljoonan kubitin kvanttitietokoneen, joka voisi ratkaista ongelmia, joita nykyiset supertietokoneet eivät kykene ratkaisemaan.

Lisätietoja täällä.