مایکروسافت از چیپ کوانتومی Majorana 1، ماحصل طولانی‌ترین پروژه تحقیقاتی خود رونمایی کرد

به گزارش پیوست، ساتیا نادلا، مدیرعامل مایکروسافت با حضور در پادکست Dwarkesh درمورد اهمیت این نوآوری گفت: « بدون چنین چیزی، شما می‌توانستید به برخی پیشرفت‌ها برسید، اما هرگز نمی‌توانستید یک کامپیوتر کوانتومی در مقیاس واقعی و کاربردی بسازید.به همین دلیل است که ما تا این اندازه هیجان زده‌ایم.»

به گفته نادلا Majorana 1، اولین پردازنده‌ای است که می‌تواند «یک میلیون کیوبیت فیزیکی» را در خود جای دهد. او  معتقد است که این نوآوری تاثیر‌ به‌سزایی بر آینده جهان رایانش کوانتومی دارد و ما حالا می‌توانیم « یک کامپیوتر کوانتومی واقعی و کاربردی» بسازیم.

خبر نوآوری جدید مایکروسافت پس از آن منتشر شد که به تازگی دانشمندان دانشگاه آکسفورد با رویکردی به نام تله‌پورت کوانتومی، در جبهه‌دیگری در رایانش کوانتومی گام بزرگی رو به جلو برداشتند. همچنین شرکت گوگل نیز در ماه آذر در چیپ جدید کوانتومی خود با نام Willow با توان محاسباتی خیره‌کننده رونمایی کرد.

پردازنده Majorana 1: یک گام بزرگ به‌سوی کامپیوترهای کوانتومی کاربردی

در قلب یک کامپیوتر کوانتومی، کیوبیت‌ها قرار دارند، واحدهای اطلاعاتی که مشابه بیت‌های دوتایی در کامپیوترهای معمولی عمل می‌کنند، اما پیچیدگی و حساسیت بسیار زیادی دارند. شرکت‌هایی مانند مایکروسافت، IBM و گوگل چندین دهه است که برای به ثبات رساندن کیوبیت‌ها تلاش می‌کنند و سعی دارند آنها را به وضعیت قابل اطمینانی در سطح‌ بیت‌های سنتی برسانند، اما چالش‌های زیادی مانند نویز و خطای محاسباتی مانع پیشرفت در این مسیر است.

پردازنده Majorana 1، برخلاف روش‌های سنتی که از الکترون‌ها به‌عنوان واحد پردازشی استفاده می‌کنند، بر اساس ذرات عجیبی به نام Majorana zero modes طراحی شده است که نخستین بار در سال ۱۹۳۷ توسط فیزیکدان نظری اتوره ماجورانا پیش‌بینی شد.

یکی از مهم‌ترین نوآوری‌های مایکروسافت در این پروژه، توسعه یک ماده جدید به نام «توپوکاندوکتور» (Topoconductor)  است. این ماده نه‌تنها امکان مشاهده و شناسایی ذرات Majorana را فراهم می‌کند، بلکه کنترل آن‌ها را نیز ممکن می‌سازد. نتیجه این فناوری جدید، ایجاد کیوبیت‌های پایدارتر با نرخ خطای کمتر است. در نتیجه می‌توان از این کیوبیت‌های به نسبت پایدار، در رایانش کوانتومی در مقیاس بزرگتری استفاده کرد.

مایکروسافت یافته‌های خود را در یک مقاله علمی در مجله نیچر منتشر کرده است، که نشان می‌دهد چگونه این شرکت توانسته با استفاده از مواد ویژه‌ای مانند ایندیوم آرسنید و آلومینیوم، کیوبیت‌های توپولوژیکی ایجاد کند. آن‌ها ۸ کیوبیت توپولوژیکی را روی یک تراشه قرار داده‌اند و امیدوارند که بتوانند این فناوری را به بیش از ۱ میلیون کیوبیت روی یک تراشه گسترش دهند.

طولانی‌ترین پروژه مایکروسافت؛ تلاشی ۱۷ ساله

گزارشی وبسایت ورج به نقل از زلفی عالم، معاون ارشد بخش کوانتوم مایکروسافت، می‌گوید: «تیم تحقیقاتی ما ۱۷ سال گذشته را مشغول این پروژه بودند. این طولانی‌ترین پروژه تحقیقاتی در تاریخ مایکروسافت است و اکنون شاهد نتایجی هستیم که نه‌تنها شگفت‌انگیز، بلکه کاملا واقعی هستند. این پیشرفت، آینده محاسبات کوانتومی را متحول خواهد کرد.»

چتان نایاک، محقق ارشد مایکروسافت، درباره چالش‌های توسعه این فناوری می‌گوید: «ما به این نتیجه رسیدیم که برای ایجاد یک کامپیوتر کوانتومی کاربردی، باید مانند دوران اختراع ترانزیستور، یک فناوری کاملا جدید بسازیم. Majorana 1 نتیجه این تفکر است.»

پیشرفت مایکروسافت باعث شده تا آژانس تحقیقات پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA) این شرکت را به‌عنوان یکی از دو برنده فاز نهایی برنامه Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) انتخاب کند. بر اساس این همکاری، مایکروسافت در سال‌های آینده یک کامپیوتر کوانتومی مقاوم در برابر خطا خواهد ساخت که می‌تواند در مدت چند سال (و نه چند دهه) به بهره‌برداری برسد.

نایاک دراین‌باره می‌گوید: «یک کامپیوتر کوانتومی با یک میلیون کیوبیت، فقط یک نقطه عطف نیست، بلکه دریچه‌ای به‌سوی حل پیچیده‌ترین مشکلات جهان است. فناوری Majorana 1 نشان می‌دهد که این چشم‌انداز اکنون قابل‌دسترس‌تر از گذشته است.»

آیا مایکروسافت پیشگام کامپیوترهای کوانتومی خواهد شد؟

ساتیا نادلا، مدیرعامل مایکروسافت، این دستاورد را با لحظه اختراع ترانزیستور مقایسه می‌کند: «برای اولین بار، ما اثباتی فیزیکی از یک فاز جدید در علم مواد داریم که به ما امکان می‌دهد کیوبیت‌هایی بسیار پایدارتر و مقاوم‌تر در برابر خطا بسازیم. اکنون، با پردازنده Majorana 1، می‌توانیم کامپیوتر کوانتومی واقعی و مقیاس‌پذیر بسازیم.»

مایکروسافت با توسعه تراشه Majorana 1 و معرفی توپوکاندوکتور، مسیر جدیدی در محاسبات کوانتومی مقیاس‌پذیر ایجاد کرده است. اگر این فناوری به‌درستی توسعه یابد، می‌تواند صنعت محاسبات، علوم طبیعی و فناوری‌های نوین را برای همیشه متحول کند. حال باید دید که آیا این تراشه می‌تواند به وعده‌های بزرگ مایکروسافت جامه عمل بپوشاند یا خیر.

کاربردهای بالقوه Majorana 1 در دنیای واقعی

یک کامپیوتر کوانتومی با یک میلیون کیوبیت قادر به انجام محاسباتی است که حتی از توان سوپرکامپیوترهای امروزی نیز خارج است. برخی این فناوری در بسیاری از بخش‌های مهم از جمله موارد زیر کاربرد دارد:

تحقیقات پزشکی: شبیه‌سازی دقیق‌تر پروتئین‌ها و داروها، که می‌تواند به کشف درمان‌های جدید برای بیماری‌ها کمک کند.

علم مواد: طراحی مواد جدید با خواص منحصر‌به‌فرد، از جمله ابررساناهای بهتر.

هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: ایجاد مدل‌های پیچیده‌تر و کارآمدتر برای حل مسائل دنیای واقعی.

بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی: بهبود سیستم‌های تدارکات، حمل‌ونقل و مدل‌سازی اقتصادی.