Computing
Microsoft Nagtuklas ng Bagong Estado ng Materiya para sa Majorana-1 Chip sa Quantum Computing
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Bagong Estado ng Materiya para Palakihin ang Quantum Computer
Nagkaroon ng maraming pangyayari sa nakaraang ilang buwan para sa pag-unlad ng quantum computing at sa mga kumpanyang aming tinukoy sa “5 Pinakamahusay na Kumpanya sa Quantum Computing ng 2025 ”.
Nagsimula ito sa Willow ng Google noong Disyembre 2024, marahil ang kauna-unahang scalable na quantum chip. Sinundan ito ng balita tungkol sa unang distributed quantum computing sa isang optical network link, na nagbubukas ng daan para sa mga quantum computer na ma-network tulad ng mga karaniwang computer sa dedikadong mga server.
Ngayon naman ang Microsoft (MSFT ) ang may pagkakataon na gumawa ng malaking ingay sa pagpapakilala ng Majorana 1, isang chip na gumagamit ng ganap na bagong estado ng materiya upang magsagawa ng quantum computing: mga topoconductor.
Ayon sa Microsoft, ang mga topoconductor ay maaaring makagawa ng mas maaasahan at scalable na mga qubit, ang mga batayang bloke para sa mga quantum computer.
Ang ganap na bagong landas na ito para sa quantum computing ay radikal na binabago kung paano naglalayon ang Microsoft na buuin ang mga hinaharap nitong quantum computer, na may “isang malinaw na landas upang magkasya ang isang milyong qubit sa isang solong chip na maaaring hawakan sa palad ng tao.”
MSFT Tsart ng Presyo
Ano ang mga Topoconductor?
Mukhang nagmumula ang pinagmulan ng breakthrough mula sa isang bagong lapit, na tumitingin sa paglikha ng transistor na nakalaan para sa quantum computing, na lumalampas sa mga nagawa hanggang ngayon.
“We took a step back and said ‘OK, let’s invent the transistor for the quantum age. What properties does it need to have?
And that’s really how we got here – it’s the particular combination, the quality and the important details in our new materials stack that have enabled a new kind of qubit and ultimately our entire architecture.”
Ang mga topological superconductor, na inilarawan sa kaukulang papel na inilathala sa Nature1, sa pamagat “Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices“, ay isang estado ng materiya na iba sa mas kilalang solid, liquid, o gas, o kahit na sa mas kakaibang mga tulad ng plasma ng Bose-Einstein condensate.
Ang topological state ay tanging teoriyal lamang hanggang ngayon, unang iminungkahi ni Ettore Majorana (1906-1938), ngunit biglang lumitaw na ito ay hindi lamang nakikita kundi kontrolado rin. Ang particle na ito na tinatawag na Majorana particle (tinatawag ding Majorana fermion), isang particle na sarili nitong antiparticle, ay naobserbahan ng mga mananaliksik ng Microsoft sa unang pagkakataon noong 2024.
Ang mga particle na Majorana ay kahalintulad ng mga electron sa ilang aspeto at maaaring magamit upang mapanatili ang quantum data na kapaki-pakinabang para sa quantum computation.
Hindi ito isang biglaang tagumpay at tila resulta ito ng higit sa 17 taon ng pananaliksik, ang pinakamahabang tumatakbong proyekto ng pananaliksik ng Microsoft, at hanggang ngayon ay isang napaka-lihim na proyekto.
Upang mapadali ang mga bagay (marami), ang topoconductor ay isang semiconductor na nagbabahagi ng ilang pag-uugali nito sa antas ng atomiko at sub-atomiko sa mga materyales ng superconductor.
Pinagmulan: Microsoft
Ang paraan kung paano ito naabot ay sa pamamagitan ng pagsasama sa isang wire ng indium arsenide (isang semiconductor) at aluminum (isang superconductor).
Pinagmulan: Physical Review
Kapag pinalamig sa halos absolute zero at iniayos gamit ang mga magnetic field, ang mga device na ito ay bumubuo ng topological superconducting nanowires, na naglalaman ng tinatawag na Majorana Zero Modes (MZMs) sa mga dulo ng mga wire.
Pinagmulan: Microsoft
Ultra-Stable na Estado ng Quantum
Sa isang “normal” na superconductor, anumang hindi nakaparehong electron ay maaaring matukoy dahil ang presensya nito ay nangangailangan ng karagdagang enerhiya. Ginagawa nitong simple ang pagsukat nito, ngunit nagiging napaka-sensitibo rin ito sa ingay at mga perturbasyon mula sa kapaligiran, na nagpapahirap sa anumang quantum calculation.
MZMs ay radikal na iba, dahil ang isang hindi nakaparehong electron ay ibinabahagi sa pagitan ng isang pares ng MZM, na ginagawang hindi nakikita ng kapaligiran. Ang natatanging katangiang ito ng mga particle na Majorana ay nagpoprotekta sa quantum information, na ginagawang ultra-stable at maaasahan.
Hindi Nakikitang mga Electron
Syempre, habang ito ay perpekto para mapanatili ang quantum state sa isang matatag at kapaki-pakinabang na kondisyon, nagiging napakahirap din ang anumang aktwal na pagsukat nito, kaya’t ang mga particle na Majorana ay teoretikal lamang sa loob ng isang siglo hanggang kamakailan lamang.
Habang ginagawa nitong perpektong kandidato ang aming mga topoconductor para sa mga qubit, nagdudulot din ito ng hamon: Paano natin mababasa ang quantum information na napakalihim? Paano natin matutukoy ang pagkakaiba, halimbawa, sa pagitan ng 1,000,000,000 at 1,000,000,001 na mga electron?
Ang solusyon ng Microsoft sa isyung ito ay gumagamit ng quantum dots, isang natatanging materyal na aming tinalakay nang malawakan sa “Pamumuhunan sa mga Tagumpay ng Nobel Prize – Quantum Dots at Nanocolors“. Maaaring ilarawan ito bilang isang maliit na semiconductor device na maaaring mag-imbak ng kuryente.
Ang quantum dot ay inilalagay sa dulo ng topological nanowire. Ang koneksyong ito ay nagpapataas ng kakayahan ng dot na mag-imbak ng karga. Mahalaga, ang eksaktong pagtaas ay nakadepende sa parity ng nanowire.
Pinagmulan: Microsoft
Kaya, sa pamamagitan ng pagsukat ng estado ng mga quantum dot, isang kilalang proseso gamit ang microwaves, maaaring sukatin ng sistema ang hindi nakikitang quantum state ng particle na Majorana.
Pinagmulan: Nature
Hindi lamang posible ang pagsukat, kundi ito rin ay napaka-maaasahan, kahit na sa unang prototype, bago pa man isagawa ang karagdagang pag-optimize.
Dinisenyo namin ang aming mga device upang ang mga pagbabagong ito ay sapat na kalaki upang masukat nang maaasahan sa isang beses. Ang aming unang mga pagsukat ay may error probability na 1%, at natukoy na namin ang malinaw na mga landas upang lubos na mabawasan ito.
Ultra-Maasahang mga Qubit
Ganap nitong binabago ang pamamaraan ng pagsukat ng quantum state na ginagamit sa quantum computing.
Hanggang ngayon, ito ay nangangailangan ng pag-ikot ng mga quantum state sa pamamagitan ng tumpak na mga anggulo, na nangangailangan ng komplikadong analog control signals na iniayon para sa bawat qubit. Ginagawa nitong napakakomplikado, magastos, at pangkalahatang mas hindi maaasahan ang error correction na umaasa sa parehong pamamaraan.
Sa halip, ang metodong natuklasan ng Microsoft ay maaaring simpleng mag-correct ng mga error sa pamamagitan ng pagkonekta at pagdiskonekta ng mga quantum dot mula sa mga nanowire, gamit ang isang digital pulse.
Pinagmulan: Microsoft
Kung interesado ka, maaari kang matuto nang higit pa tungkol sa mga detalye kung paano nabuo ang mga topoconductor sa mahabang panayam na ito kasama si Dr. Chetan Nayak, ang pinuno sa likod ng proyektong ito ng Microsoft.
Likas na Scalable na Arkitektura
Dahil ang sistema ay napakasimple sa usapin ng engineering, kung hindi man sa particle physics, at higit pang maaasahan at matatag, natural na mas madali itong i-scale up.
Ang pangunahing komponent ay isang “tetron”, na binubuo ng 2 nanowire, 4 MZM, at 4 quantum dot, na lumilikha ng 2-qubit na device.
Kapag pinagsama sa isa pa, maaari itong bumuo ng isang pangunahing two-qubit device na sumusuporta sa isang metodong ginagamit sa quantum computation na tinatawag na “measurement-based braiding transformations”.
Ang 4×2 na array ng mga tetron ay maaaring magsagawa ng error detection sa dalawang logical qubit.
Pinagmulan: Microsoft
Ang blokeng ito ay maaaring ulitin ng dose-dosenang beses, daan-daang beses, o sa huli libu-libo o milyong beses upang makabuo ng isang napakalaking quantum computer, na mas malaki kaysa sa anumang inisip hanggang ngayon.
Marahil ay hindi nakakagulat na ang quantum computation ay mangangailangan sa atin na magdisenyo ng bagong estado ng materiya na partikular na dinisenyo upang paganahin ito.
Ang kamangha-mangha ay kung gaano katumpak na ang aming readout technique, na nagpapakita na ginagamit namin ang kakaibang estado ng materiya na ito para sa quantum computation.
Sa huli, ang susi na bahagi na ginagawang lubos na scalable ang teknolohiyang ito ay kung gaano kaliit ang mga pisikal na komponent. Bilang resulta, higit sa isang milyong pisikal na qubit ang maaaring ilagay sa isang maliit na chip na maaaring hawakan sa kamay.
Pinagmulan: Microsoft
Karagdagang Pagpapabuti
Bilang paliwanag, kahit ang 1% error probability sa pagsukat ng mga quantum dot at MZM ay maaaring pababain pa. Nakakakita na ang mga mananaliksik ng Microsoft ng paraan upang gawin ito.
Bilang ang mga error sa computing ay nag-iipon sa isa’t isa, ang pagbawas ng error rate ng 10 beses ay maaaring magpataas nang malaki sa huling kapaki-pakinabang na potensyal ng computation.
Isa pang bagay na maaaring mapabuti ay ang pangkalahatang katatagan ng quantum state ng mga particle na Majorana.
“Ang panlabas na enerhiya—tulad ng electromagnetic radiation—ay maaaring mag-break ng Cooper pairs, na lumilikha ng mga hindi nakaparehong electron na maaaring i-flip ang estado ng qubit mula even patungong odd parity. Gayunpaman, ipinapakita ng aming mga resulta na ito ay bihira, nangyayari lamang isang beses kada millisecond sa average.”
Bilang ipinakita ng sistemang binuo ng Microsoft ang kahanga-hangang katatagan, ito ay nagpapahiwatig na ang shielding ay ginagawa na nang maayos ang tungkulin nito. Gayunpaman, malamang na may iba pang mga paraan upang higit pang mabawasan ang interference, na kasalukuyang iniimbestigahan.
Pagpapabilis ng Rebolusyon sa Quantum Computing
Ang susunod na hakbang para sa Microsoft ay buuin ang 4×2 tetron array lampas sa paunang prototype at subukan ito sa sukat.
At pagkatapos ay gamitin ang buong walong-qubit na array upang ipatupad ang quantum error detection (QEC) sa dalawang logical qubit.
Dahil ang mga topological qubit ay may built-in na proteksyon laban sa error, ito ay lubos na nagpapasimple sa QEC. Bilang karagdagan, inaangkin ng Microsoft na ang kanilang custom QEC codes ay nagbabawas ng overhead ng halos 10 beses kumpara sa previous state-of-the-art approach.
Kaya hindi lamang mas maaasahan ang mga Majorana-based qubit, kundi maaari rin silang tumakbo nang mas mabilis at nangangailangan ng mas kaunting pisikal na qubit upang makabuo ng isang logical qubit.
(Ang mga logical qubit ay ang kapaki-pakinabang na yunit ng pagsukat para sa praktikal na aplikasyon, katulad ng kung paano sinusukat ang isang processor sa operasyon kada segundo at hindi lamang sa dami ng transistor na taglay nito)
“Naniniwala kami na ang breakthrough na ito ay magbibigay-daan sa atin na lumikha ng tunay na makabuluhang quantum computer hindi sa loob ng mga dekada, gaya ng ilang nagtataya, kundi sa loob ng mga taon.”
Satya Nadella – CEO ng Microsoft
Mga Aplikasyon
Agham
Ang komunikasyon ng Microsoft tungkol sa Majorana 1 ay pangunahing nakatuon sa mga siyentipikong resulta na maaari nitong likhain, lalo na sa biology at material sciences.
Ang mga ito ay napakahalagang larangan para sa quantum computing, dahil mula sa protein folding hanggang sa komplikadong mga materyales para sa baterya, ang pagkalkula kung paano sila kumikilos sa antas ng atom ay napaka-demanding sa computation, itinutulak ang kasalukuyang supercomputer sa limitasyon.
Ang scalable na mga quantum computer ay makakayanan na i-simulate ang mga problemang ito ng milyun-milyong o kahit trilyong beses na mas epektibo, na malamang magbubukas ng napakalaking daloy ng mga bagong tuklas.
Gagawin ito hindi lamang sa pamamagitan ng pagsasagawa ng mga dating imposibleng kalkulasyon, kundi pati na rin sa pag-iwas sa bilyong dolyar na gastusin sa masusing mga eksperimento at wet-lab na pagsubok.
Sa gitna ng walang katapusang posibilidad, ilang nabanggit ng Microsoft:
- Mga self-healing na materyales na nag-aayos ng mga bitak sa tulay.
- Napapanatiling agrikultura.
- Mas ligtas na pagtuklas ng kemikal.
Sa isang 1-oras na panayam, ipinaliwanag pa ng CEO ng Microsoft na mula sa kanyang pananaw, ang paraan upang makita kung ang quantum computing at AI ay gumagana nang maayos ay ang pandaigdigang paglago ng ekonomiya.
“Ang tunay na sukatan ay kung ang mundo ay lumalago ng 10%” higit sa anumang iba pang sukatan.
Satya Nadella – CEO ng Microsoft
Kriptograpiya & Depensa
Ang mga quantum computer ay may potensyal na basagin halos lahat ng kasalukuyang ginagamit na mga paraan ng encryption, kabilang ang para sa komunikasyon ng militar, nuclear codes, mga bank transfer, atbp.
Kaya naman ito ay tiyak na napakahalagang tanong para sa pamahalaan ng US (at lahat ng iba pang pangunahing kapangyarihan) upang hindi mabigla sa pag-usbong ng quantum computing.
The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) napili ang Microsoft bilang isa sa dalawang kumpanya na magpapatuloy sa huling yugto ng kanilang mahigpit na benchmarking program na kilala bilang Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC), (ang ibang kumpanya ay ang photonic quantum computing na PsiQuantum).
Ang US2QC ay nagtipon ng mga eksperto mula sa DARPA, Air Force Research Laboratory, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory, at NASA Ames Research Center.
Quantum Computing at Kumpanya ng Particle na Majorana
Microsoft
MSFT Tsart ng Presyo
Habang ang Microsoft ay kilala sa napakalakas nitong presensya sa operating systems na Windows, ito rin ay isang higanteng kumpanya sa maraming iba pang larangan ng teknolohiya.
Halimbawa, ito ang nangunguna sa mga solusyon sa negosyo, kabilang ang Office (Outlook, Word, Excel, at PowerPoint), pati na rin ang mga tawag sa kumpanya (Teams), cloud-shared storage (OneDrive), Visio (mga diagram, tsart), Loop (collaborative workspace), at Access (database).
Bagaman hindi ito ang nangunguna sa cloud services (na dominado ng Amazon’s AWS), ang Microsoft ay bumubuo ng 20% ng global cloud infrastructure sa pamamagitan ng Azure platform nito, na kasing laki ng pinagsamang bahagi ng Google + Alibaba + Oracle.
Pinagmulan: Statista
Ang Microsoft ay pagmamay-ari rin ng LinkedIn, GitHub, Xbox, at marami sa pinakamalalaking videogame studio sa mundo.
Pinagmulan: Microsoft
Pagdating sa AI, mas nakatuon ang Microsoft sa mga teknikal na use case at business application kaysa sa consumer apps, partikular sa AI4Science program, na naglalayong magbigay ng AI na kapaki-pakinabang para sa pananaliksik na siyentipiko.
Kabilang dito, halimbawa, ang pagpapabilis ng trabaho ng mga material scientist upang magdisenyo ng mga bagong molekula o baterya electrodes sa pamamagitan ng isang AI na nagbawas ng 32 milyong potensyal na materyales sa 500,000 kandidato, at pagkatapos ay sa 800 sa loob ng mas mababa sa 80 oras.
Pinagmulan: Microsoft
Hanggang ngayon, pagdating sa quantum computing, tila nahuhuli ang Microsoft kumpara sa Google o IBM; nag-aalok ito ng quantum computing cloud services gamit ang Azure Quantum. Ang serbisyo ay maaari ring mag-alok ng “hybrid computing”, na pinaghalo ang quantum computing sa tradisyunal na cloud-based na serbisyo ng supercomputer.
Pinagmulan: Microsoft
Ngayon na inilantad na ang makabago na hardware na gumagamit ng mga particle na Majorana, ganap nitong binabago ang aktwal na posisyon ng kumpanya.
Hindi ito nahuhuli, bagkus pinapakinis lamang nito ang malaking anunsyo, at binubuo ang software at mga use case na gagamitin ng mga industriyal na kliyente nito sa kanilang scalable na quantum computer.
Ito ay isang radikal na paglayo mula sa isang kumpanyang nakatuon higit sa software kaysa hardware, maliban sa Xbox console.
At ito ay maaaring magpatunay na lubos na kapaki-pakinabang kung mapatunayan na ang particle na Majorana ay susi sa scalable, at ultra-powerful na million-qubit na quantum computer, na magbibigay ng karagdagang paglago sa isang napakalaking kumpanya.
(Maaari mo ring basahin ang aming artikulo na naglalagay ng spotlight sa Microsoft bilang kabuuan nang mas detalyado, lampas sa quantum computing, upang mas maunawaan ang kumpanya.)
Sanggunian sa Pag-aaral:
1. Microsoft Azure Quantum., Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A. et al. (2025) Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices. Nature 638, 651–655. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2
