Trka u kvantnom računarstvu: Nakon Gugla i Majkrosoft lansira kvantni čip

Nakon Gugla, koji je u decembru lansirao svoj kvantni čip „Vilou“, i Majkrosoft je postao konkurentniji u trci za razvoj kvantnih računara sposobnih da rešavaju složene probleme mnogo brže od tradicionalnih kompjutera.

Izvršni direktor „Majkrosofta“ Satja Nadela naglašava da je posle dve decenije otkrivena nova vrsta materije.

„Do sada smo znali za čvrsto, tečno i gasovito stanje. Danas se to promenilo. Nakon 20 godina potrage, kreirali smo potpuno novo stanje materije, topoprovodnike, koji će označiti fundamentalni napredak u računarstvu“, ističe Nadela.

A couple reflections on the quantum computing breakthrough we just announced…

Most of us grew up learning there are three main types of matter that matter: solid, liquid, and gas. Today, that changed.

After a nearly 20 year pursuit, we’ve created an entirely new state of… pic.twitter.com/Vp4sxMHNjc

— Satya Nadella (@satyanadella) February 19, 2025

Dok obični čipovi koriste bitove za obradu informacija po principu binarnog sistema (0 ili 1), kvantni čipovi i kvantni računari koriste kvantne bitove ili kjubite koji mogu biti 0 ili 1 ili oba istovremeno. Ova sposobnost omogućava kvantnim čipovima da obrađuju složene informacije i rešavaju više složenih proračuna istovremeno za mnogo kraće vremena od tradicionalnih računara.

Što je kvantni računar korisniji, to ima više kjubita, koji predstavlja osnovnu mernu jedinicu kvantnog računarstva, poput bita u standardnom računarstvu.

Glavni problem ove tehnologije je taj što je sklona greškama, jer su kjubiti vrlo nestabilni i osetljivi na najmanje smetnje iz okoline. Što čip ima više kjubita to je sklonost greškama veća. Greške su dugo vremena bile prepreka u stvaranju pouzdanijih i moćnijih kvantnih računara.

Rešenje za ovaj problem su istraživači „Majkrosofta“ pronašli u razvijanju „topoloških kjubita“. Ovi kjubiti su zasnovani na Majorana česticama koje su gotovo 90 godina postojale na teorijskom nivou. Naime, italijanski fizičar Etore Majorana je 1937. godine ukazao na moguće postojanje čestica koje su same sebi antičestice, a koje je nazvao „fermioni“.

Dugo se spekulisalo da bi, ukoliko postoje, fermioni mogli da dovedu do velikog proboja na polju kvantnog računarstva i nastanka kompjutera nekoliko desetina puta bržih od onih koje danas koristimo.

Majorana čestice nisu čestice koje se nalaze u prirodi poput elektrona ili protona. Umesto toga, oni postoje samo unutar retke vrste materijala koji se zove topološki superprovodnik.

„Majkrosoft“ je uspeo da stvori i kontroliše ove čestice unutar svog čipa pomoću topoprovodnika. Topoprovodnik je jedinstvena vrsta materijala koja postoji u topološkom stanju, različitom od tradicionalnih stanja kao što je čvrsto, tečno i gasovito. Otporan je na deformacije i spoljne faktore čime se obezbeđuje stabilnije okruženje za kjubite.

Majkrosoftov kvantni čip koristi osam topoloških kjubita koristeći indijum arsenid, koji je poluprovodnik, i aluminijum, koji je superprovodnik. Izgradnja čipa zahtevala je dizajn i proizvodnju jednog po jednog atoma, a cilj je bio da se Majorana čestice navedu na postojanje i iskoriste njihove jedinstvene osobine, istakli su iz kompanije.

Umesto da zavisi od tajvanske kompanije „TSMC“, najvećeg proizvođača čipova na svetu, ili bilo koje druge kompanije, „Majkrosoft“ sam pravi komponente za svoj kvantni čip. To je moguće zato što kompanija još uvek nije razvila proizvodnju u šire komercijalne svrhe.

Čip koristi posebno dizajnirane aluminijumske žice debljine nekoliko nanometara složene u oblik slova H. U svakoj takvoj strukturi nalaze se četiri Majorana čestice koje zajedno čine jedan kubit. Ali da bi sve to radilo, potrebno je posebno okruženje koje se hladi na ekstremno niske temperature blizu apsolutne nule (-273,15°C) i poseban softver koji kombinuje klasično računarstvo s veštačkom inteligencijom za upravljanje kjubitima.

Najveći pomak je načinjen u stvaranju mogućnosti masovnog skaliranja kvantnih sistema na milion kjubita po čipu. Drugim rečima, naučnici su uspeli da stave osam topoloških kjubita na čip koji je dizajniran da ih primi milion. Ovo je prekretnica u ovoj oblasti imajući u vidu tek sa tolikim brojem kjubita kvantni rečunari postaju praktično upotrebljivi. Kvantni računari koji već postoje koriste tek nekoliko stotina kjubita.

Potencijalna primena

Pošto mogu da koriste kvantnu mehaniku da matematički mapiraju kako se priroda ponaša, mašine sa milion kjubita bi trebalo da reše određene probleme u hemiji, nauci o materijalima, farmaciji, energetici, poljoprivredi. Kvantni računar u kombiciji sa veštačkom inteligencijom omogućiće naučnicima da opišu kakvu vrstu novog materijala ili molekula žele da stvore bez da provedu godine učeći na greškama.

Na primer, enzimi bi mogli efikasnije da se koriste u zdravstvu i poljoprivredi zahvaljući preciznim proračunima koje samo kvantni računari mogu da izračunaju. Ovi proračuni bi mogli da dovedu do povećanja plodnosti zemljišta radi povećanja prinosa ili otkrića koja pomažu u iskorenjivanju svetske gladi.

Značaj ovog otkrića prepoznala je i DARPA, agencija američkog Ministarstva odbrane za razvoj novih tehnologija za vojsku, koja je izabrala „Majkrosoft“ kao jednu od dve kompanije koje će učestvovati u završnoj fazi njihovog programa za razvoj kvantnih računara.

Razvoj ovakvih kvantnih računara ne može proći bez određenih razmatranja. Pre svega govori se o bezbednosnom riziku kvantnih računara koji bi mogli da razbiju postojeće enkripcijske standarde koji se koriste za zaštitu osetljivih podataka i sajber bezbednost. Kvantno računarstvo bi moglo da poremeti tržište rada u određenim sektorima jer će zahtevati obuku i obrazovanje radne snage za ovu tehnologiju.

Bez obzira na sve, ako bude uspešan, „Majorana 1“ čip bi mogao da ima uticaj na različite industrije, ubrzavajući naučna otkrića i podstičući inovacije koje će preoblikovati naš svet.