Microsoft vraj vytvoril nové skupenstvo na napájanie kvantových počítačov

Nový „topologický qubit“ spoločnosti Microsoft nie je založený na pevnej látke, kvapaline či plyne. Je to ďalšia fáza hmoty, o ktorej si mnohí odborníci mysleli, že nie je možná. Podrobnosti v podaní New York Times.

Nový kvantový čip spoločnosti Microsoft je založený na novom stave hmoty, ktorý vyvinul technologický gigant. Zdroj: Grant Hindsley pre New York Times

Každý, kto absolvoval hodinu prírodovedy v treťom ročníku, vie, že existujú tri základné skupenstvá: pevné, kvapalné a plynné.

Spoločnosť Microsoft teraz tvrdí, že vytvorila nový stav hmoty v snahe vyrobiť výkonný stroj nazývaný kvantový počítač, ktorý by mohol urýchliť vývoj všetkého od batérií cez lieky až po umelú inteligenciu.

V stredu vedci spoločnosti Microsoft uviedli, že na základe tejto novej fázy fyzikálnej existencie vytvorili takzvaný topologický qubit, ktorý by sa dal využiť na riešenie matematických, vedeckých a technologických problémov.

Spoločnosť Microsoft týmto vývojom zvyšuje stávky v ďalšom veľkom technologickom súboji, ktorý bude presahovať dnešné preteky o umelú inteligenciu. Vedci sa od 80. rokov minulého storočia naháňajú za snom o kvantovom počítači - stroji, ktorý by dokázal využiť zvláštne a mimoriadne výkonné správanie subatomárnych častíc alebo veľmi chladných objektov.

Táto snaha sa vystupňovala v decembri, keď spoločnosť Google predstavila experimentálny kvantový počítač, ktorý potreboval len päť minút na dokončenie výpočtu, ktorý by väčšina superpočítačov nedokázala dokončiť ani za 10 septiliónov rokov - čo je dlhšie obdobie, než je vek známeho vesmíru.

Nový kvantový čip spoločnosti Microsoft je založený na novom stave hmoty, ktorý vyvinul technologický gigant. Video: Grant Hindsley pre New York Times

Kvantová technológia spoločnosti Microsoft by mohla predbehnúť metódy vyvíjané spoločnosťou Google. V rámci svojho výskumu spoločnosť vytvorila viacero topologických qubitov v novom type počítačového čipu, ktorý kombinuje silné stránky polovodičov, ktoré poháňajú klasické počítače, so supravodičmi, ktoré sa zvyčajne využívajú pri výrobe kvantových počítačov.

Keď sa takýto čip ochladí na extrémne nízku teplotu, správa sa neobvyklým a výkonným spôsobom, ktorý mu podľa spoločnosti Microsoft umožní riešiť technologické, matematické a vedecké problémy, ktoré by klasické stroje nikdy nevyriešili. Podľa spoločnosti táto technológia nie je taká nestabilná ako iné kvantové technológie, čo uľahčuje využitie jej potenciálu.

Niektorí pochybujú o tom, či spoločnosť Microsoft dosiahla tento míľnik, a mnohí poprední akademici tvrdia, že kvantové počítače sa podarí zrealizovať až o niekoľko desaťročí. Vedci spoločnosti Microsoft však uviedli, že ich metódy im pomôžu dosiahnuť túto métu skôr.

„Považujeme to za niečo, čo je vzdialené roky, nie desaťročia,“ povedal Chetan Nayak, technický pracovník spoločnosti Microsoft na čele tímu, ktorý túto technológiu vytvoril.

Chetan Nayak, technický pracovník spoločnosti Microsoft, pri chladničke, ktorá chladí komponenty kvantových počítačov na teplotu nižšiu ako vesmír. Foto: Grant Hindsley for New York Times

Technológia spoločnosti Microsoft, ktorá bola podrobne opísaná vo výskumnej práci uverejnenej v stredu vo vedeckom časopise Nature, dodáva nový impulz do pretekov, ktoré by mohli pretvoriť oblasť technológií. Okrem urýchlenia pokroku v mnohých technologických a vedeckých oblastiach by kvantový počítač mohol byť dostatočne výkonný na prelomenie šifrovania, ktoré chráni štátne tajomstvá.

Akýkoľvek pokrok bude mať geopolitické dôsledky. Aj keď Spojené štáty skúmajú kvantové technológie predovšetkým prostredníctvom korporácií ako Microsoft a vlny start-upov, čínska vláda uviedla, že do tejto technológie investuje 15,2 miliardy dolárov. Európska únia vyčlenila 7,2 miliardy dolárov.

Kvantové počítače, ktoré sú založené na desaťročiach výskumu v oblasti fyziky nazývanej kvantová mechanika, sú stále experimentálnou technológiou. Po nedávnych pokrokoch spoločností Microsoft, Google a ďalších sú však vedci presvedčení, že táto technológia nakoniec splní očakávania.

„Kvantové počítače sú vzrušujúcou perspektívou pre fyziku a pre celý svet,“ povedal Frank Wilczek, teoretický fyzik z Massachusettského technologického inštitútu.

Aby sme pochopili kvantové počítače, je potrebné vedieť, ako fungujú tradičné počítače. Smartfón, notebook alebo stolný počítač sa spoliehajú na malé čipy vyrobené z polovodičov, čo sú materiály, ktoré v niektorých, ale nie vo všetkých situáciách vedú elektrinu. Tieto čipy ukladajú a spracúvajú čísla, sčítavajú ich, násobia a podobne. Tieto výpočty vykonávajú manipuláciou s „bitmi“ informácií. Každý bit obsahuje buď 1, alebo 0.

Kvantový počítač funguje inak. Kvantový bit alebo qubit sa spolieha na zvláštne správanie subatómových častíc alebo exotických materiálov ochladených na extrémne nízke teploty.

Ak je jeden objekt extrémne malý alebo extrémne studený, môže sa správať ako dva samostatné objekty súčasne. Využitím tohto správania vedci dokážu vytvoriť qubit, ktorý uchováva kombináciu 1 a 0. To znamená, že dva qubity môžu uchovávať štyri hodnoty naraz. A s rastúcim počtom qubitov sa kvantový počítač stáva exponenciálne výkonnejším.

Spoločnosti používajú na výrobu týchto strojov rôzne techniky. V Spojených štátoch väčšina z nich, vrátane spoločnosti Google, buduje qubity pomocou supravodičov, čo sú materiály, ktoré vedú elektrický prúd bez straty prenášanej energie. Tieto supravodiče vytvárajú ochladzovaním kovov na extrémne nízke teploty.

Dr. Nayak drží v ruke nový kvantový počítačový čip spoločnosti Microsoft. Foto: Grant Hindsley pre New York Times

Spoločnosť Microsoft stavila na metódu, ktorú využíva len málokto: kombináciu polovodičov so supravodičmi. Základný princíp - spolu s názvom topologický qubit - prvýkrát navrhol v roku 1997 rusko-americký fyzik Alexej Kitajev.

Spoločnosť začala pracovať na tomto nezvyčajnom projekte na začiatku 21. storočia, keď si mnohí výskumníci mysleli, že takúto technológiu nie je možné vytvoriť. Ide o najdlhšie trvajúci výskumný projekt spoločnosti Microsoft.

„Na toto stavili všetci traja výkonní riaditelia tejto spoločnosti,“ povedal v rozhovore Satya Nadella, výkonný riaditeľ spoločnosti Microsoft. (Predchádzajúcimi výkonnými riaditeľmi spoločnosti boli Bill Gates, zakladateľ, a Steve Ballmer, ktorý viedol Microsoft v rokoch 2000 až 2014).

Spoločnosť teraz vytvorila zariadenie, ktoré je zložené čiastočne z arzenidu india (typ polovodiča) a čiastočne z hliníka (supravodič pri nízkych teplotách). Keď sa ochladí na teplotu približne -240 stupňov Celzia, vykazuje vlastnosti akoby z iného sveta, ktoré by mohli umožniť vznik kvantových počítačov.

Philip Kim, profesor fyziky na Harvarde, povedal, že nový výtvor spoločnosti Microsoft je významný, pretože topologické qubity by mohli urýchliť vývoj kvantových počítačov. „Ak všetko vyjde, výskum spoločnosti Microsoft by mohol byť revolučný,“ povedal.

Jason Alicea, profesor teoretickej fyziky na Kalifornskom technologickom inštitúte, však vyjadril pochybnosti o tom, či spoločnosť skutočne zostrojila topologický qubit, a konštatoval, že správanie kvantových systémov je často ťažké dokázať.

„Topologický qubit je principiálne možný a ľudia sa zhodnú na tom, že je to užitočný cieľ,“ povedal Dr. Alicea. „Musíte si však overiť, či sa zariadenie správa všetkými magickými spôsobmi, ktoré teória predpovedá; inak sa môže ukázať, že realita nie je pre kvantové počítače taká ružová. Našťastie, Microsoft je teraz pripravený to skúsiť.“

Spoločnosť Microsoft uviedla, že zostrojila iba osem topologických qubitov a že zatiaľ nie sú schopné vykonávať výpočty, ktoré by zmenili podstatu počítačov. Výskumníci spoločnosti to však považujú za krok k vytvoreniu niečoho oveľa výkonnejšieho.

V súčasnosti táto technológia stále robí príliš veľa chýb na to, aby bola skutočne užitočná, hoci vedci vyvíjajú spôsoby, ako chyby obmedziť.

Minulý rok spoločnosť Google ukázala, že so zvyšovaním počtu qubitov môže exponenciálne znižovať počet chýb pomocou zložitých matematických techník.

Podľa mnohých vedcov bude oprava chýb menej zložitá a účinnejšia, ak sa spoločnosti Microsoft podarí zdokonaliť topologické qubity.

Hoci qubit môže uchovávať viacero hodnôt súčasne, je zaťažený problémom, ktorý je mu vlastný. Keď sa výskumníci pokúsia prečítať informáciu uloženú v qubite, stráca kvantovú koherentnosť a nastane kolaps na klasický bit, ktorý obsahuje len jednu hodnotu: 1 alebo 0.

Čistá miestnosť laboratória Microsoftu, ktoré pracuje prevažne na overovaní kvantových počítačových komponentov vyrobených inde. Je osvetlená špecifickým žltým odtieňom, aby chránila komponenty. Foto: Grant Hindsley pre New York Times

To znamená, že ak sa niekto pokúsi qubit prečítať, stratí svoju základnú schopnosť. Vedci teda musia prekonať zásadný problém: Ako zostaviť počítač, ak sa pokazí zakaždým, keď ho použijete?

Metódy opravy chýb spoločnosti Google sú spôsobom, ako tento problém riešiť. Microsoft verí, že dokáže problém vyriešiť rýchlejšie, pretože topologické qubity sa správajú inak a teoreticky je menej pravdepodobné, že pri čítaní informácií, ktoré uchovávajú, dôjde k ich kolapsu.

„Robí to z nich naozaj dobré qubity,“ povedal Dr. Nayak.

Článok pôvodne vyšiel v denníku New York Times. Všetky práva vyhradené.