מיקרוסופט הכריזה על שבב קוונטי: "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים"

מיקרוסופט חושפת את Majorana 1 – שבב קוונטי שעשוי לפתוח את העידן המסחרי. השבב מבוסס על  ארכיטקטורה טופולוגית וחומרים ייחודיים. בעתיד תוכל הטכנולוגיה לאפשר גם מחשבים עם מיליוני קיוביטים במקום כמה מאות כיום

מיקרוסופט הכריזה על השקת Majorana 1, השבב הקוונטי הראשון בעולם המבוסס על ארכיטקטורת ליבה טופולוגית חדשה. השבב, אשר הינו תוצר של שילוב חומרים חדשני וטכניקות ננו-פביזיות מדויקות, מציב את מחשוב הקוונטים במסלול שיאפשר פתרון בעיות תעשייתיות רחבות היקף בתוך שנים, ולא עשורים כפי שחשבו בעבר.

חדשנות טכנולוגית ופריצת דרך במדעי החומרים

צ'טאן נאיאק שהוביל את הצוותים שפיתחו את הארכיטקטורה הטופולוגית לשבב החדש  הוא מומחה טכנולוגי בכיר במיקרוסופט (Microsoft Technical Fellow) ואחד מהאישים המרכזיים בתחום מחקר ופיתוח המחשוב הקוונטי. השבב, משתמש במה שנקרא טופוקונדוקטור – חומר שמאפשר לזהות ולשלוט בחלקיקי  Majorana,  אשר מייצבים ומגדילים את קנה המידה של הקיוביטים (יחידות המידע הקוונטי).

"חומר הטופוקונדוקטור, שהינו הליבה הטכנולוגית שמאפשרת את פעולת השבב הקוונטי החדש, מסמן הקדמות במדעי החומרים עם יכולות שלא נראו כמותן עד כה. מדובר בחומר המורכב מארסן אינדיום בשילוב עם אלומיניום, אשר מעובדים ברמת האטום הבודד בתהליך קפדני ביותר. "

"הטופוקונדוקטור תורם למיזוג של עולמות המוליכים למחצה ומצבי מוליך-על, מה שמוביל ליצירת מערכת שמסוגלת לתמוך בקיוביטים קטנים, מהירים ובעלי עמידות בפני רעשים חיצוניים. בנוסף, עיבוד החומר ברמת האטום מאפשר הקמת מבנה מודולרי בו ניתן לחבר יחידות 'H' – שכל אחת מהן מכילה ארבעה חלקיקי Majorana – ולהרחיב את המערכת עד למיליון קיוביטים, מה שמסמן את הדרך לפתרונות קוונטיים ברמת תעשייה. לדברי מיקרוסופט, החומר החדש, אם כן, אינו רק נדבך טכנולוגי בודד אלא יסוד מהפכני שמביא את מחשוב הקוונטים קרוב יותר למציאות מסחרית, ופותח אופקים חדשים בפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות שעד כה נחשבו ללא אפשריים."

לדברי נאיאק, "אנחנו בעצם המצאנו את הטרנזיסטור לעידן הקוונטים" – והצליחו ליצור תשתית חומרים חדשה מבוססת על ארסן אינדיום ואלומיניום, שמיוצרת באומנות של בנייה אטומית מדויקת.

למה השבב צפוי להגיע מוקדם יותר מהצפוי?

מיקרוסופט טוענת שהשילוב של החומר החדש והארכיטקטורה הדיגיטלית המתקדמת מאפשר לשלוט על הקיוביטים בצורה פשוטה ומהירה יותר:

• בקרת מדידה דיגיטלית: במקום להסתמך על כיוונונים אנלוגיים עדינים לכל קיוביט, מערכת המדידה החדשה מאפשרת הפעלה באמצעות פולסי מתח, מה שמפשט את התהליך ומאפשר מדידות מדויקות ביותר.
• עיצוב מודולרי: מבנה השבב מאפשר "טילוס" של יחידות H (הן תאים עם ארבעה חלקיקי Majorana הניתנים לשליטה), כך שכל יחידה הופכת לקיוביט עצמאי שניתן לחברם בצורה שמאפשרת הגדלת הקנה מבלי לסבך את המערכת.
• חוסן מול טעויות: הארכיטקטורה הטופולוגית מספקת הגנה טבועה ברמת החומרה, מה שמבטיח יציבות גבוהה יותר לעומת טכנולוגיות קודמות.

תודות לפריצות דרך אלו, מיקרוסופט מאמינה כי ניתן להגיע ליעד של מיליון קיוביטים – סף הכרחי לפתרון בעיות מדעיות, תעשייתיות וסביבתיות מורכבות – בתוך שנים הקרובות ולא עשורים.

שימושים עתידיים והשפעות תעשייתיות

השבב מציב פוטנציאל מהפכני במספר תחומים:

• מדע החומרים: יכול לסייע בפיתוח חומרים "מתקנים את עצמם", אשר יוכלו לתקן סדקים בחלונות, בגשרים ובמבנים תעשייתיים.
• כימיה ירוקה וסביבתית: בעזרת מחשוב קוונטי, ניתן יהיה לעצב קטליזטורים חדשים שמפרקים פלסטיקים מזהמים ומייצרים תוצרים בלתי מזיקים – מהלך שיכול לתרום משמעותית למאבק בזיהום ובפחמן.
• בריאות וחקלאות: חישוב קוונטי מדויק יאפשר ניתוחים מעמיקים של אנזימים וביולוגיה מולקולרית, מה שיכול להוביל לשיפור יבולים והגברת פוריות הקרקע, ואף לתגליות תרופתיות חדשות.
• עיצוב תעשייתי: עם שילוב כלי בינה מלאכותית, מהנדסים ומדענים יוכלו "לעצב נכון מהפעם הראשונה" – להכניס לתהליך העיצוב תובנות שמגיעות מחישובים קוונטיים מדויקים, ובכך לחסוך זמן ומשאבים.

שיתופי פעולה והתקדמות בתהליכי פיתוח

מיקרוסופט מציגה את Majorana 1 גם כצעד אסטרטגי במסלול שלה לעבר מחשוב קוונטי מסחרי. החברה נמצאת בשיתוף פעולה עם Quantinuum ו-Atom Computing, ובכך מקבלת גם תמיכה ממוקדת ממסגרות מחקריות כמו תכנית US2QC של DARPA, אשר שמה לה למטרה להאיץ את פיתוח מערכות קוונטיות ברמת תעשייה.