Kvanttilaskennan kilpailu on kiihtynyt, kun Microsoft ja Google paljastavat uusimmat läpimurtonsa – kumpikin omaksuu erilaisia mutta uraauurtavia lähestymistapoja voittaakseen skaalautuvien kvanttijärjestelmien rakentamisen haasteet. Microsoftin Majorana 1 -siru työntää vakauden ja skaalautuvuuden rajoja käyttämällä eksoottisia materiaaleja, kun taas Googlen Willow-siru keskittyy raa'an laskentatehoon ja tehostettuun virheenkorjaukseen. Yhdessä nämä edistysaskeleet eivät ainoastaan korosta vastakkaisia strategioita, vaan myös nopeuttavat kilpailua kohti käytännön kvanttilaskentaa.
Microsoft Majorana 1 vs. Google Willow
Microsoftin Majorana 1: Topologinen harppaus kohti miljoonan kubitin koneita
Helmikuussa 2025 julkistettu Microsoftin Majorana 1 -siru esittelee peliä muuttavan topologisen arkkitehtuurin, joka voi määritellä kvanttilaskennan tulevaisuuden uudelleen. Toisin kuin perinteiset suprajohtavat tai loukkuun jääneet ionikubitit, Majorana 1 hyödyntääMajoranan nollatilat- eksoottiset kvasihiukkaset, joiden teoretisoidaan olevan omia antihiukkasia. Nämä fyysikkojen kauan etsimät hiukkaset tarjoavat ainutlaatuisia etuja kvanttivakaudelle ei-abelilaisten tilastojensa ansiosta, mikä tekee niistä vähemmän alttiita dekoherenssille, kvanttijärjestelmien Akilleen kantapäälle.
Majorana 1 -sirun ytimessä käytetään äskettäin suunniteltua materiaalia, jota kutsutaan nimellä a"topojohde", mahdollistaen näiden vaikeasti havaittavien Majorana-hiukkasten luomisen ja manipuloinnin. Vaikka siru tukee tällä hetkellä vain kahdeksaa toiminnallista kubittia, mikä on vaatimaton määrä kilpailijoihin verrattuna, sen suunnittelu asettaa vakauden etusijalle määrän. Tämä arkkitehtuuri on luonnostaan skaalautuva, ja siihen voidaan sijoittaa jopamiljoona kvbittiäyhdellä kämmenen kokoisella sirulla. Tämä voi viedä Microsoftin eteenpäin kvanttiylivallan pitkässä pelissä.
Ehkä vakuuttavin on sirun lupaus vähentää kvanttivirheiden määrää merkittävästi. Kvanttijärjestelmät ovat tunnetusti hauraita, ja pienetkin ympäristöhäiriöt johtavat laskentavirheisiin. Käyttämällä topologisia kubitteja, jotka ovat vähemmän herkkiä melulle ja lämpövaihteluille, Microsoft pyrkii pidentämään kvanttikoherenssiaikoja, mikä on kriittinen este käytännön kvanttikoneiden toteuttamiselle.
Majorana 1:n mahdolliset sovellukset:
- Suojattu tietojen salaus:Lähes läpäisemättömien salausmenetelmien kehittäminen.
- Monimutkaiset simulaatiot:Molekyylien vuorovaikutusten mallinnus lääkekehitystä ja materiaalitieteitä varten.
- Talousmallinnus:Monimutkaisten riskisimulaatioiden suorittaminen nopeammin kuin mikään klassinen järjestelmä.
Microsoftin rohkea väite? Käytännön kvanttilaskennan aikajanat voivat kutistua vuosikymmenistä vain vuosiin. Vaikka tiedeyhteisö pysyy varovaisen optimistisena, monet ovat yhtä mieltä siitä, että Majorana 1 edustaa valtavaa harppausta eteenpäin.
Googlen Willow Chip: Laskennallisten rajojen ylittäminen 105 Qubitilla
Google on noussut otsikoihin myös joulukuussa 2024 esitellyllä Willow-sirulla. Aiemman Sycamore-prosessorin Willow-pakkausten menestyksen pohjalta.105 suprajohtavaa kubittia, keskittyen voimakkaastikvanttivirheen korjaus (QEC)– luotettavan kvanttilaskennan kulmakivi.
Yksi Willow'n vaikuttavimmista saavutuksista on sen kyky suorittaa monimutkaisia laskelmiaalle viisi minuuttia-ongelma, joka vaatisi arviolta maailman nopeimman klassisen supertietokoneen10 septiljoonaa vuottaratkaista. Tämä kvanttiedun taso korostaa, kuinka pitkälle kvanttilaskenta on edennyt sen jälkeen, kun Google julisti vuonna 2019 "kvanttiylivallan".
Todellinen erottuva on kuitenkin Willow'n edistyminenpintakoodivirheen korjaus, tekniikka, jonka avulla loogiset kubitit pysyvät vakaina, vaikka taustalla olevat fyysiset kubitit epäonnistuvat. Googlen insinöörit ovat alentaneet loogiset virheprosentit historiallisille alhaisille tasoille, mikä on lähempänä vikasietoisen kvanttilaskennan vaatimaa vaikeaa kynnystä.
Tärkeimmät innovaatiot Willowissa:
- Dynaaminen Qubit-kytkentä:Parantaa kubittien välistä vuorovaikutusta monimutkaisempia toimintoja varten.
- Optimoidut kryogeeniset järjestelmät:Parantaa vakautta pitämällä kubitit lähellä absoluuttista nollaa.
- Parannettu kvanttivoimakkuus:Parantaa merkittävästi sirun kykyä käsitellä monimutkaisia algoritmeja.
Google näkee Willow'n valmistavan tietä todellisten ongelmien ratkaisemiseen logistiikassa, lääketeollisuudessa ja tekoälyssä – aloilla, joilla klassiset tietokoneet usein horjuvat eksponentiaalisen monimutkaisuuden vuoksi.
Erilaiset polut, yhtenäinen tavoite: kvanttikilpailu lämpenee
Vaikka Microsoft ja Google käyttävät jyrkästi erilaisia strategioita – topologisia kubitteja vs. suprajohtavia kubitteja –, loppupeli pysyy samana:Vikasietoinen, skaalautuva kvanttitietokonepystyy ylittämään klassiset koneet merkityksellisissä tehtävissä.
Vaikka Microsoftin lähestymistapa on tällä hetkellä rajoitettu kubittien määrässä, se voi mullistaa kubittien vakauden ja pitkän aikavälin skaalautuvuuden. Samaan aikaan Googlen korkean kubittimäärän prosessorit jatkavat raakakvanttilaskentatehon rajojen työntämistä.
Teollisuusanalyytikot ehdottavat, että kvanttilaskennan tulevaisuus ei välttämättä ole yksittäisessä lähestymistavassa, vaan pikemminkin useiden arkkitehtuurien yhdistelmässä. Kun myös IBM, Intel ja startupit, kuten Rigetti ja IonQ, pyrkivät eteenpäin ainutlaatuisilla kvanttistrategioillaan, seuraavat muutamat vuodet lupaavat kovaa kilpailua ja nopeita innovaatioita.
Miksi tällä on väliä
Kvanttilaskenta ei enää rajoitu teoreettisen fysiikan piiriin. Nämä viimeaikaiset läpimurrot viittaavat lähitulevaisuuteen, jossa kvanttiprosessorit käsittelevät ongelmia, joiden ratkaiseminen klassisilta supertietokoneilta kestäisi vuosituhansia. Kiihtymisestähuumeiden löytöoptimointiinmaailmanlaajuiset toimitusketjutja halkeiluamonimutkainen salaus, vaikutukset kattavat toimialoja.
Vaikka olemme vielä vuosien päässä kvanttilaskennan valtavan potentiaalin täysimääräisestä toteuttamisesta, Microsoftin Majorana 1:n ja Googlen Willow-sirun edistyminen tuo meidät huomattavasti lähemmäksi kvanttitulevaisuutta.
Kvanttivallankumous ei ole enää kysymys "jos" -kysymys "milloin".
Key Takeaways
- Microsoftin Majorana 1 esittelee topologiset kubitit, jotka voivat mullistaa kvanttivirheen korjauksen
- Googlen Willow-prosessori tarjoaa erinomaisen kubittien määrän, mutta kohtaa perinteiset skaalaushaasteet
- Kilpailu eri kvanttiarkkitehtuurien välillä ajaa nopeaa kehitystä kvanttilaskentatekniikassa
Kvanttiarkkitehtuurien vertaileva analyysi
Lue lisää:M4 MacBook Pro päivitetty Quantum Dot -näytöksi
Microsoftin Majorana 1 ja Googlen Willow edustavat erilaisia lähestymistapoja kvanttilaskenta-arkkitehtuuriin, ja niiden qubit-teknologioissa, virheenkorjausmenetelmissä ja skaalauspotentiaalissa on merkittäviä eroja. Nämä arkkitehtoniset valinnat vaikuttavat suoraan niiden suorituskykyominaisuuksiin ja tuleviin sovelluksiin.
Microsoft Majorana 1: Topologisten kubittien potentiaali
Microsoftin 8 qubit Majorana 1 käyttää vallankumouksellista topologista arkkitehtuuria, joka perustuu Majoranan nollamoodiin topologisissa suprajohtimissa. Tämä ainutlaatuinen lähestymistapa tarjoaa luontaisen suojan kvanttidekoherenssia vastaan.
Sirun topojohderakenne sisältää erikoistuneita indiumarsenidista valmistettuja nanolankoja, jotka mahdollistavat stabiilien Majorana-kvasihiukkasten luomisen. Nämä hiukkaset toimivat perustana topologisille kubiteille.
DARPAn arvio Microsoftin arkkitehtonisesta suunnittelusta korosti mahdollisuuksia skaalata miljoonan kubitin järjestelmään. Sisäänrakennetut virheenkorjausominaisuudet vähentävät kubitin vakauden ylläpitämiseen tyypillisesti vaadittavaa lisäkustannuksia.
Google Willow: Quantum Dot -tekniikan edistysaskel
Googlen Willow-siru sisältää 106 kubittia, jotka perustuvat kvanttipistetekniikkaan. Arkkitehtuuri mahdollistaa tarkan hallinnan puolijohtaviin materiaaleihin loukkuun jääneisiin yksittäisiin elektroneihin.
Kvanttipisterakenne tarjoaa erinomaisen qubit-liitettävyyden ja ohjauksen digitaalisen elektroniikan avulla. Tämä mahdollistaa monimutkaiset kvanttioperaatiot pienemmillä häiriöillä.
Willow'n arkkitehtuuri sisältää edistyneitä virheenkorjausprotokollia ja kvanttiporttioperaatioita. Järjestelmä osoittaa parannetut koherenssiajat verrattuna aikaisempiin kvanttipistetoteutuksiin.
Suorituskykymittarit ja virheprosentit
Virheprosentin vertailu:
- Majorana 1: <0,1 % virheprosentti topologisella suojauksella
- Willow: ~1 % virheprosentti aktiivisella virheenkorjauksella
Tärkeimmät suorituskykytekijät:
- Qubitin vakaus
- Gate Fidelity
- Koherenssiaika
- Skaalautuvuuspotentiaali
Majorana 1:n topologinen suojaus vähentää laajojen virheenkorjauspiirien tarvetta. Tämä arkkitehtoninen etu mahdollistaa fyysisten kubittien tehokkaamman käytön kvanttilaskelmissa.
Googlen Willow saavuttaa korkean suorituskyvyn kehittyneillä ohjausjärjestelmillä ja virheiden lieventämistekniikoilla. Suurempi kubittien määrä mahdollistaa monimutkaisemmat kvanttialgoritmit korkeammista virhesuhteista huolimatta.
Usein kysytyt kysymykset
Microsoftin Majorana 1 ja Googlen Willow edustavat erilaisia lähestymistapoja kvanttilaskentaan, ja jokainen arkkitehtuuri tarjoaa ainutlaatuisia etuja tiettyihin laskentatehtäviin ja tuleviin skaalautuviin polkuihin.
Mitkä ovat tärkeimmät erot Microsoftin Majorana 1:n ja Googlen Willow-kvanttiprosessorien välillä?
Microsoftin Majorana 1 käyttää topologisia kubitteja, jotka perustuvat vallankumoukselliseen materiaaliluokkaan, jota kutsutaan topojohtimiksi. Tällä lähestymistavalla pyritään luomaan vakaampia kubitteja, jotka vaativat vähemmän virheenkorjausta.
Googlen Willow luottaa suprajohtaviin kubitteihin, vakiintuneeseen tekniikkaan kvanttilaskenta-alalla. Niiden suunnittelu keskittyy lisäämään kubittien määrää samalla kun säilytetään johdonmukaisuus.
Miten Microsoft Majorana 1- ja Google Willow -arkkitehtuurit vaikuttavat kvanttivirheenkorjaustekniikoihin?
Microsoftin topologinen lähestymistapa vähentää luonnostaan laajan virheenkorjauksen tarvetta vakaampien kubittien avulla. Majorana 1 -malli luo luonnollisesti suojattuja kvanttitiloja.
Googlen Willow käyttää perinteisiä virheenkorjausmenetelmiä, jotka vaativat useita fyysisiä kubitteja yhden loogisen kubitin luomiseen. Tämä lähestymistapa vaatii enemmän resursseja, mutta perustuu todistettuihin tekniikoihin.
Mitä vaikutuksia Microsoftin ja Googlen kvanttiteknologian välillä on laskentanopeuteen ja skaalautumiseen?
Microsoftin Majorana 1 tähtää skaalaukseen 1 miljoonaan kubittiin topologisen suunnittelunsa avulla. Arkkitehtuuri vähentää virheenkorjauksen ylimääräisiä kustannuksia, mikä mahdollistaa mahdollisesti nopeammat käytännön laskennat.
Googlen Willow asettaa etusijalle lähiajan käytännön kvanttiedun. Heidän järjestelmänsä tarjoaa välittömiä tuloksia nykyisellä tekniikalla samalla kun ne pyrkivät kohti suurempia kubittien määrää.
Miten Microsoftin ja Googlen lähestymistavat kvanttiteknologiaan vaikuttavat kvanttilaskennan tulevaisuuden etenemissuunnitelmaan?
Microsoftin pitkäaikainen tutkimusprojekti kattaa lähes kaksi vuosikymmentä ja keskittyy läpimurtomateriaalitieteeseen, joka mahdollistaa vakaat kvanttilaskut.
Google korostaa iteratiivisia parannuksia olemassa oleviin kvanttiteknologioihin. Tämä strategia mahdollistaa kvanttiominaisuuksien säännölliset päivitykset ja esittelyt.
Mitkä ovat ne käytännön sovellukset, jotka voisivat hyötyä joko Microsoft Majorana 1:n tai Google Willow -kvanttiprosessorien ainutlaatuisista ominaisuuksista?
Lääketieteellinen tutkimus ja lääkekehitys hyötyvät Microsoftin mahdollisuuksista tehdä vakaita, pitkäkestoisia kvanttilaskelmia.
Materiaalitieteen simulaatiot sopivat hyvin Googlen nykyisten kykyjen kanssa käsitellä monimutkaisia kvanttitiloja.
Teolliset optimointiongelmat voivat esiintyä molemmilla alustoilla, joista jokaisella on erilaisia etuja laskenta-ajan ja -tarkkuuden suhteen.
Mitä tulee kehittäjien saavutettavuuteen ja ekosysteemitukeen, miten Microsoftin ja Googlen kvanttilaskenta tarjontaa verrataan?
Microsoft integroi kvanttikehitystyökalut olemassa olevaan Azure-pilvialustaan. Tämä integraatio tarjoaa tutut kehitysympäristöt ohjelmistosuunnittelijoille.
Google tarjoaa Cirqiä ja muita avoimen lähdekoodin työkaluja kvanttiohjelmointiin. Heidän ekosysteeminsä korostaa yhteisön panosta ja akateemista yhteistyötä.
Molemmat yritykset tarjoavat simulaatiotyökaluja kvanttialgoritmien testaamiseen ennen varsinaisen laitteiston suorittamista.