Revoluția în fizica cuantică anunțată de Microsoft: Perspectivele unui expert

Cercetătorii de la Microsoft au anunțat recent o descoperire semnificativă în domeniul fizicii cuantice, realizând primii „qubiți topologici” într-un cip care reține informații într-o stare exotică a materiei, conform revistei The Conversation, care detaliază conceptele implicate.

Echipa de cercetare a publicat un articol în revista Nature în care detaliază cipul denumit „Majorana 1” și o foaie de parcurs pentru proiectele de cercetare viitoare. Cipul este proiectat să suporte până la un milion de qubiți, ceea ce ar putea facilita realizarea unor obiective importante în calculul cuantic, cum ar fi spargerea codurilor criptografice și dezvoltarea rapidă de medicamente și materiale noi.

Dacă cercetătorii de la Microsoft își confirmă afirmațiile, compania ar putea depăși rivali precum IBM și Google, care conduc în prezent în competiția pentru realizarea unui computer cuantic.

Totuși, articolul publicat în Nature, evaluat de experți, abordează doar o parte din ceea ce au declarat cercetătorii, iar foaia de parcurs identifică numeroase provocări de depășit. Deși comunicatul de presă anunță o tehnologie de calcul cuantic, nu există confirmări externe privind capacitățile acestui cip. Cu toate acestea, vestea de la Microsoft este foarte promițătoare.

Este posibil să aveți întrebări cum ar fi: ce reprezintă un qubit topologic? Ce este un qubit? De ce se concentrează cercetătorii pe computerele cuantice? Stephan Rachel, profesor de mecanică cuantică la Universitatea din Melbourne, clarifică aceste concepte într-un articol publicat de The Conversation.

Dificultăți în crearea qubiților cuantici

Conceptul de computere cuantice a fost introdus în anii '80. În contrast cu un computer obisnuit care stochează informațiile în biți, un computer cuantic utilizează biți cuantici, sau qubiți.

Un bit tradițional poate reprezenta fie 0, fie 1, dar un qubit poate reprezenta o combinație a ambelor datorită mecanicii cuantice care guvernează particulele la scară mică. Imaginați-vă un bit clasice ca o săgeată care poate indica în sus sau în jos; un qubit poate fi văzut ca o săgeată care poate îndrepta în orice direcție, reprezentând o „superpoziție” a stărilor.

Această caracteristică permite calculatoarelor cuantice să execute anumite calcule semnificativ mai rapid decât computerele convenționale, în special în decriptarea codurilor și simularea sistemelor naturale complexe.

Cu toate acestea, crearea qubiților funcționali și extragerea informațiilor din aceștia este extrem de provocatoare, deoarece interacțiunile cu mediul pot afecta negativ stările cuantice fragile.

Cercetătorii au explorat diferite tehnologii pentru realizarea qubiților, inclusiv utilizarea atomilor prinse în câmpuri electrice sau curenți în rotație în materiale supraconductoare.

Particule Exotice și Fire Minuscule

Microsoft a adoptat o metodă distinctă pentru dezvoltarea qubiților topologici, folosind particulele Majorana, teoretizate pentru prima dată de fizicianul italian Ettore Majorana în 1937.

Particulele Majorana nu sunt întâlnite în mod natural, precum electronii sau protonii, ci sunt rezultatul unui tip rar de material numit supraconductor topologic, care necesită o proiectare avansată și înghețarea la temperaturi extrem de scăzute.

Echipa Microsoft afirmă că a utilizat fire extrem de subțiri, fiecare având atașată o particulă Majorana, pentru a funcționa ca un qubit. Aceștia măsoară valoarea qubitului prin prezența unui electron în firuri folosind microunde.

Împletirea la Nivel Cuantic

De ce Microsoft investește atâtea resurse în acest proiect? Deoarece prin schimbarea pozițiilor particulelor Majorana sau printr-o manieră specifică de măsurare, acestea pot fi „împletite” pentru a permite măsurători precise și rezistență la interferențe externe, aceasta fiind miezul conceptului de „qubiți topologici”.

Teoretic, un computer cuantic construit pe baza particulelor Majorana ar putea fi aproape complet lipsit de erori, ceea ce justifică complexitatea metodei adoptate de Microsoft.

Multe alte tehnologii sunt mai vulnerabile la erori, necesitând un număr mare de qubiți fizici pentru a crea un singur „qubit logic” fiabil.

Microsoft a ales să investească în dezvoltarea qubiților pe baza particulelor Majorana, sperând să recupereze timpul pierdut în cursa tehnologică a calculului cuantic.

Perspectivele Viitoare pentru Microsoft și Cercetători

Chiar și în condițiile în care progresele par spectaculoase, există provocări. De exemplu, o operațiune cunoscută sub numele de „T-gate” nu poate fi complet realizată fără erori în cazul unui computer cuantic bazat pe particule Majorana.

Astfel, cipul cuantic dezvoltat de Microsoft este doar „aproape fără erori”, dar corectarea erorilor T-gate este considerabil mai ușoară decât gestionarea erorilor în alte platforme cuantice.

Planurile Microsoft includ progrese constante conform foii de parcurs stabilite, având ca obiectiv construirea treptată a unui număr tot mai mare de qubiți.

Comunitatea științifică va urmări cu mare atenție modul în care procesoarele cuantice dezvoltate de Microsoft se compară cu altele existente pe piață.

În paralel, cercetările asupra comportamentului exotic al particulelor Majorana vor continua în universități din întreaga lume.

Sper că ai găsit interesantă această discuție despre tehnologia cuantică. Dacă ești curios să explorezi mai multe informații, te invit să verifici și alte articole similare.