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2025-02-19 16:02:00
Microsoftは本日、数十年ではなく、数年で意味のある産業規模の問題を解決できる量子コンピューターを実現すると予想される新しいトポロジーコアアーキテクチャを搭載した世界初の量子チップであるMayarana 1を導入しました。
半導体の発明が今日のスマートフォン、コンピューター、電子機器を可能にしたのと同じように、 トポコンダクターとそれらが有効にする新しいタイプのチップ Microsoft氏によると、100万のQubitsにスケーリングし、最も複雑な産業的および社会的問題に取り組むことができる量子システムの開発への道を提供します。
「私たちは一歩下がって、「OK、量子時代のトランジスタを発明しましょう。 Microsoft Technical FellowのChetan Nayak氏は、次のように述べています。 「そしてそれが本当にここに到達した方法です。それは、新しい種類のキュービット、そして最終的に私たちのアーキテクチャ全体を可能にした新しい材料スタックの特定の組み合わせ、品質、および重要な詳細です。」
マヨラナ1。マイクロソフトのジョン・ブレチャーによる写真。
Majorana 1プロセッサの開発に使用されるこの新しいアーキテクチャは、手のひらに収まる1つのチップに100万キッツを収めるための明確なパスを提供します、とMicrosoftは言いました。これは、量子コンピューターが変革的で実世界のソリューションを提供するために必要なしきい値です。これは、マイクロプラスチックを無害な副産物に分解したり、建設、製造、ヘルスケアのための自己修復材料を発明したりします。一緒に動作している世界のすべてのコンピューターは、100万人の量子コンピューターができることをすることができません。
「量子空間で何をしていても、百万のQubitsへの道が必要です。そうでない場合は、私たちを動機付ける非常に重要な問題を解決できる規模に到達する前に、壁にぶつかります」とナヤックは言いました。 「私たちは実際に100万への道を進めました。」
トポコンダクタ、またはトポロジースーパーコンダクタは、固体、液体またはガスではなく、トポロジー状態であるまったく新しい物質状態を作成できる特別なカテゴリーの材料です。これは、現在の代替手段で必要とされるトレードオフなしで、高速で小さく、デジタル制御できる、より安定したキュービットを生成するために活用されています。 Natureで水曜日に公開された新しい論文は、Microsoftの研究者がトポロジークビットのエキゾチックな量子特性を作成し、実用的なコンピューティングの重要なステップであるそれらを正確に測定する方法の概要を示しています。
Chetan Nayak、Microsoftテクニカルフェロー。 MicrosoftのJohn Brecherによる写真。
Majorana 1に電力を供給する世界初のトポロジカルコアは、設計によって信頼性が高く、ハードウェアレベルにエラー抵抗が組み込まれ、より安定しています。
商業的に重要なアプリケーションには、100万のキュービットに対する数兆の操作が必要になります。これは、各Qubitの微調整されたアナログ制御に依存する現在のアプローチでは禁止されます。 Microsoftチームの新しい測定アプローチにより、Qubitsをデジタルで制御し、量子コンピューティングの仕組みを再定義し、大幅に簡素化できます。
この進捗は、数年前にマイクロソフトの選択肢を検証し、トポロジカルなキュービット設計を追求することです。今日、同社は100万人にスケーリングするように設計されたチップに8つのトポロジカルキュービットを配置しています。
Matthias Troyer、Microsoft Technical Fellow。 MicrosoftのJohn Brecherによる写真。
「最初から、思考のリーダーシップだけでなく、商業的な影響のために量子コンピューターを作りたかったのです」とMicrosoft Technical FellowのMatthias Troyer氏は述べています。 「新しいキュービットが必要であることはわかっていました。私たちはスケーリングしなければならないことを知っていました。」
そのアプローチにより、国家安全保障にとって重要な画期的な技術に投資する連邦政府機関である防衛先進研究プロジェクト庁（DARPA）が、革新的な量子コンピューティング技術が商業的に関連する量子システムをより速く構築できるかどうかを評価するための厳格なプログラムにMicrosoftを含めるようになりました。従来は考えられると信じていました。
マイクロソフトは現在、2つの企業の1つです 最終段階に移動するよう招待されました ユーティリティスケールQuantum Computing（US2QC）プログラム用のDARPAの未使用システムのシステム – DARPAを大きくするプログラムの1つ 量子ベンチマークイニシアチブ – これは、業界で最初のユーティリティスケールのフォールトトレラント量子コンピューター、または計算値がコストを超えるコンピューターを提供することを目的としています。
「それはあなたに答えを与えるだけです」
独自の量子ハードウェアの作成に加えて、MicrosoftはQuantinuumおよびAtom Computingと提携して到達しました 科学および工学のブレークスルー 昨年の発表を含む今日のQubitsがあります 業界初の信頼できる量子コンピューター。
これらのタイプのマシン 量子スキルを開発する重要な機会を提供します、特にAIがより多くの信頼できるキュービットによって駆動される新しい量子システムと組み合わされているため、ハイブリッドアプリケーションを構築し、新しい発見を促進します。今日、Azure Quantumはaを提供します 統合ソリューションのスイート 顧客がこれらの主要なAI、高性能コンピューティング、およびAzureの量子プラットフォームを活用して、科学的発見を進めることを可能にします。
しかし、量子コンピューティングの次の地平線に到達するには、100万以上のキュービットを提供し、数兆個の迅速で信頼できる操作に到達できる量子アーキテクチャが必要です。今日の発表は、数十年ではなく数年以内にその地平線を置いている、とマイクロソフトは言った。
量子力学を使用して、化学反応から分子相互作用や酵素エネルギーに至るまで、自然が信じられないほどの精度で自然をマッピングすることができるため、100万人のキット機は、化学、材料科学、および不可能な他の産業の特定のタイプの問題を解決できるはずです今日の古典的なコンピューターが正確に計算されるため。
- たとえば、材料が腐食や亀裂を被る理由の困難な化学的問題を解決するのに役立つ可能性があります。これにより、橋や飛行機の部品の亀裂、粉砕された電話スクリーン、またはひっかく車のドアを修復する自己修復材料につながる可能性があります。
- プラスチックには非常に多くの種類があるため、現在、それらを分解できる1つのサイズのすべての触媒を見つけることはできません。特に、マイクロプラスチックのクリーンアップや炭素汚染に取り組むために重要です。量子コンピューティングは、そのような触媒の特性を計算して、汚染物質を貴重な副産物に分解したり、そもそも非毒性の代替品を開発したりすることができます。
- 一種の生物学的触媒である酵素は、量子コンピューティングのみが提供できる行動に関する正確な計算のおかげで、ヘルスケアと農業でより効果的に利用できます。これは、グローバルな飢erを根絶するのに役立つブレークスルーにつながる可能性があります。土壌の肥沃度を高めて収量を増やしたり、過酷な気候で食品の持続可能な成長を促進したりします。
何よりも、量子コンピューティングにより、エンジニア、科学者、企業などが初めて物事を正しく設計できるようになります。これは、ヘルスケアから製品開発まで、あらゆるものに変革を遂げます。 AIツールと組み合わせた量子コンピューティングの力により、誰かがどのような種類の新しい素材や分子を作成したいかを説明し、すぐに機能する答えを得ることができます。
「何でも作る会社は、初めてそれを完全にデザインすることができます。それはあなたに答えを与えるだけだ」とトロイヤーは言った。 「量子コンピューターはAIに自然の言語を教えているので、AIはあなたが作りたいもののレシピをあなたに伝えることができます。」
大規模な量子コンピューティングを再考します
Qubitsは気難しいものであり、環境から生じる摂動やエラーに非常に敏感であり、それによりバラバラになり、情報が失われます。測定はコンピューティングに不可欠であるため、彼らの状態は測定の影響を受ける可能性があります。問題です。固有の課題は、測定して制御できるクイットを開発し、それらを破壊する環境ノイズからの保護を提供することです。
キュービットは、それぞれが利点と短所を備えたさまざまな方法で作成できます。ほぼ20年前、Microsoftは独自のアプローチを追求することを決定しました。トポロジカルなキュービットを開発しました。これは、より安定したエラー補正を必要とするより安定したキュービットを提供し、それによって速度、サイズ、制御性の利点を解き放つと考えていました。このアプローチは急な学習曲線をもたらし、未知の科学的および工学的ブレークスルーを必要としますが、商業的に貴重な仕事をすることができるスケーラブルで制御可能なキュービットを作成するための最も有望な道も必要です。
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Majoranasは量子情報を隠し、より堅牢にしますが、測定が難しくなります。 Microsoftチームの新しい測定アプローチは非常に正確であるため、10億から10億と1つの電子の差を超伝導ワイヤの1つの電子を検出できます。
測定は、個々のキュービットごとに微調整するダイヤルではなく、ライトスイッチをフリックするなど、電圧パルスでオン /オフにすることができます。デジタル制御を可能にするこのより単純な測定アプローチは、量子コンピューティングプロセスと物理的要件を簡素化して、スケーラブルなマシンを構築します。
MicrosoftのトポロジカルなQubitは、そのサイズのため、他のキュビットよりも利点があります。小さいものでさえ、「ゴルディロックス」ゾーンがあります。そこでは、あまりにも小型のqubitを制御ラインに実行するのが難しいですが、ビッグすぎるqubitには巨大なマシンが必要です、とトロイヤーは言いました。これらのタイプのキュービットに個別の制御技術を追加するには、飛行機の格納庫またはサッカー場のサイズの非実用的なコンピューターを構築する必要があります。
Qubitsと周囲のコントロールエレクトロニクスの両方を含むMicrosoftの量子チップ、マヨラナ1は、手のひらに保持し、Azure Datacenters内に簡単に展開できる量子コンピューターにきれいに収まります。
「新しい物質の状態を発見することは一つのことです」とナヤックは言いました。 「大規模な量子コンピューティングを再考するためにそれを利用することは別のことです。」
原子による量子材料原子の設計
Microsoftのトポロジカルキットアーキテクチャには、アルミニウムナノワイヤが結合してHを形成します。各Hには4つの制御可能なマヨラナがあり、1つのキットを作成します。これらのHSも接続でき、非常に多くのタイルのようにチップ全体に配置できます。
「そこに着くために新しい物質状態を示さなければならなかったという点で複雑ですが、その後、それはかなり簡単です。それはタイルを取り除きます。 Microsoft Technical FellowのKrysta Svore氏は、次のように述べています。
Krysta Svore、Microsoftテクニカルフェロー。 MicrosoftのJohn Brecherによる写真。
量子チップは単独では機能しません。制御ロジックを備えた生態系に存在します。宇宙よりもはるかに寒い温度でQubitsを維持する希釈冷蔵庫、AIおよび古典的なコンピューターと統合できるソフトウェアスタックが存在します。これらの作品はすべて、完全に社内で存在、構築、または修正されたと彼女は言った。
明確にするために、これらのプロセスを改良し続け、すべての要素を加速スケールで連携させるには、より多くのエンジニアリング作業が必要になります。しかし、多くの困難な科学的および工学的課題が現在満たされているとマイクロソフトは述べた。
材料のスタックを正しく取得するために、物質のトポロジー状態を生成することは、最も難しい部分の1つでした、とSvoreは付け加えました。シリコンの代わりに、Microsoftのトポコンダクタはインジウムヒ素で作られています。これは、赤外線検出器などの用途で現在使用されており、特別な特性を持つ材料です。半導体は、極寒のおかげで、ハイブリッドを作るために、超伝導で結婚しています。
「私たちは文字通り原子を原子に噴霧しています。これらの材料は完全に並ぶ必要があります。マテリアルスタックに欠陥が多すぎると、それはあなたの気まぐれを殺すだけです」とスヴォアは言いました。
「皮肉なことに、それは私たちが量子コンピューターを必要とする理由でもあります。なぜなら、これらの材料を理解することは信じられないほど難しいからです。スケーリングされた量子コンピューターを使用すると、次世代の量子コンピューターをスケールを超えて構築するためのさらに良い特性を持つ材料を予測することができます」と彼女は言いました。
詳細については、Microsoft Majorana 1の紹介1
もっと詳しく知る： Azure Quantum Solutions
トップ画像：Majorana 1、Microsoftが開発した革新的な新しいクラスの材料に基づいたトポロジコアを搭載した最初の量子チップ。 MicrosoftのJohn Brecherによる写真。
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