Microsoft создала топопроводник: что это и почему это важный шаг для всего человечества

В сфере полупроводников давно не было ничего принципиально нового. Да, чипы с каждым годом становились всё меньше и мощнее, но общие принципы их производства оставались прежними.

Так было до 19 февраля 2025 года, когда компания Microsoft сообщила о создании принципиально нового типа чипа, который способен ускорить развитие квантовых вычислений и приблизить время, когда мощные квантовые компьютеры перестанут быть чем-то из ряда вон выходящим. Разработка базируется на технологии топопроводников, и она обещает стать настоящим прорывом.

Что такое топопроводники и как они устроены

Многие помнят из школьного курса физики, что у материи есть всего четыре состояния: твёрдое, жидкое, газообразное и плазма. Топопроводники используют пятое состояние, неизвестное до недавних пор — топологическое (или топологически защищённое).

Оно отличается от традиционных проводников, сверхпроводников и диэлектриков прежде всего тем, что информация кодируется в особых состояниях, защищённых от локальных возмущений. Это делает такие проводники более устойчивыми к ошибкам, которые могут допускать квантовые компьютеры.

Топопроводники разработаны таким образом, что могут размещать на себе неабелевые энионы — тип частиц, существующих лишь в двумерных системах. Это прежде всего фермионы и бозоны.

Название чипа отсылает конкретно к такой элементарной частице, как майорановский фермион (или фермион Майораны). Долгое время они оставались в области теории элементарных частиц, но их предсказанные свойства делали их перспективными для использования в кубитах (наименьшей частице информации в квантовом компьютере).

Что значит появление топопроводников для человечества

Для развития квантовых вычислений это очень хорошая новость. Если верить заявлениям Microsoft, топопроводники позволят сделать устройства для квантовых компьютеров намного меньше и мощнее.

Традиционные технологии не позволяли так просто масштабировать чипы для квантовых компьютеров — они становились всё больше по мере добавления новых кубитов и при этом нестабильнее, так как с каждой новой связью между кубитами возрастала вероятность ошибок.

Из-за принципиально отличающегося подхода к компоновке кубитов и защищённости частиц от локальных возмущений количество возможных ошибок значительно снижается. То, что раньше требовало довольно крупных вычислительных модулей, сможет уместиться на одном чипе размером с ладонь. И сможет при этом работать с миллионом кубитов — такое устройство будет мощнее, чем тысячи современных суперкомпьютеров.

В перспективе технология позволит создавать машины, способные решать задачи, недоступные даже самым мощным из современных суперкомпьютеров. А в совокупности с другими технологиями, такими как искусственный интеллект, это поможет вывести человечество на принципиально новый виток технологической эволюции и разобраться со многими острыми проблемами, стоящими перед населением Земли. Это полностью изменит наши представления о вычислениях и возможностях информационных систем.

Увидеть такие компьютеры мы сможем в перспективе нескольких лет. Однако надо понимать, что создание подходящего чипа — только шаг на пути к практическому применению новой разработки.

Microsoft серьёзно включилась в квантовую гонку, но пока отстаёт от других игроков, таких как IBM, Google и другие. А появление у них чипов на топопроводниках теперь только вопрос времени, ведь уже стало ясно, что это возможно.

Тем не менее само открытие сравнимо с величайшими технологическими открытиями XX века и уж точно впишет имена их создателей в историю физики.