Компании, предлагающие услуги квантовых вычислений, обычно работают с одним из двух основных типов квантовых чипов. Первый — трансмон, сверхпроводящий заряд-кубит с акустическим резонатором (его применяют, например, в Google, IBM и Rigetti). Во втором типе используют отдельные ионы в световых ловушках (с такими кубитами работают Quantinuum и IonQ). И хотя оба варианты продемонстрировали свою эффективность, в Microsoft считают, что нужен качественный скачок вперед для дальнейшего развития.
Microsoft, что интересно, взялась за разработку квантовых компьютеров позже конкурентов. Сегодня компания представляет альтернативный подход — он заключается в производстве «фермиона Майораны», существование которого было подтверждено только в последнее десятилетие. Эта элементарная частица, названная в честь итальянского физика Этторе Майораны. Если говорить упрощенно, майорановская частица — это античастица. Две таких частицы, отличающиеся спином, аннигилируют друг друга при встрече.
Система Microsoft состоит из сверхпроводящей проводки и куперовских пар. В обычных условиях дополнительный, непарный электрон меняет полную энергию системы. Но в квантовом мире можно поместить электрон на конец провода без энергетических затрат.
«В топологическом состоянии и топологическом сверхпроводнике возникают состояния, которые могут без затрат энергии впитать дополнительный электрон. По законам квантовой механики электрон не локализован на конце провода, где он находится. Вместо этого он делокализован на обоих концах. Эти два конца — по сути, реальные и воображаемые части квантовой волновой функции. Они называются майорановскими нулевыми модами. Microsoft создала их и измерила их функции», — рассказывает инженер компании Четан Найак.
Сами по себе майорановские нулевые моды не могут применяться как кубиты. Но их можно связать с соседней квантовой точкой, тогда она получает возможность хранить заряд, а это уже можно измерить. Кроме того, соединение между проводом и квантовой точкой можно прервать, что позволит сохранить состояние майорановских нулевых модов.
Пока Microsoft этого не сделала, но уже достигнут большой прогресс в этом направлении. Инженеры компании решили попробовать необычные материалы: алюминий для сверхпроводящей проводки и арсенид индия в качестве сверхпроводника. Кроме того, компания занимается оптимизацией топологической щели, что должно привести к повышению производительности устройства. В идеале кубиты должны уменьшиться настолько, что будут занимать площадь всего 10 кв. микрон — намного меньше, чем трансмоны или кубиты на ионных ловушках. Компания убеждена, что всех, кто работает сейчас над другими технологиями, ждет провал, несмотря на текущие успехи.