Teisipäeval seisis Microsofti füüsik Chetan Nayak silmitsi tohutu väljakutsega: veenda põnevil, kuid suures osas skeptilist teistest teadlastest koosnevat publikut, et tema ettevõte on kvantandmetöötluse maastikku raputanud. Nayak püüdis väita, et tema meeskond on loonud maailma esimese "topoloogilise" kubiidi, potentsiaalse tugeva 0- või 1-biti kvantanaloogi, mis toidab tavalist digitaalset arvutit. See ei nõuaks mitte ainult kauaoodatud Majorana kvaasiosakeste väljamõtlemist - väljapakutud elektronide käitumisviisi, mida pole kunagi varem kinnitatud -, vaid ka mitme Majorana kontrollimist tegelikul platvormil, et kodeerida kvantteavet.
Paljud publikuliikmed jäid aga suures osas müümata. "Ma ei usu, et andmed on veenvad," ütleb Jelena Klinovaja, Baseli ülikooli füüsik, kes osales Nayaki kõnes Ameerika füüsikaühingu (APS) ülemaailmsel füüsika tippkohtumisel. "Esitatavate andmete põhjal on raske veenda, et tegemist on tõesti topoloogilise [kbiidiga]."
Ja just eelmisel päeval samal koosolekul ründas Henry Legg, St. Andrewsi ülikooli füüsik, kes oli juba postitanud kaks ettevõtte tööd vaidlustanud eeltrükki. "Vähemalt mulle ei tundu see Majoranasena," ütles Legg esmaspäevasel istungil. "Iga ettevõte, kes väidab, et tal on 2025. aastal topoloogiline kubit, müüb sisuliselt muinasjuttu, [mis] õõnestab kvantarvutuse valdkonda ja avalikkuse usaldust teaduse vastu."
Nayak jäi omalt poolt kogutuks ja oli veendunud, et tema meeskond on tabamatuid Majoranasid taltsutanud, isegi kui Legg ja teised füüsikud mõistavad Microsofti väiteid hukka. "Oleme paljastanud vaid väikese osa sellest, mida oleme teinud," räägib Nayak väljaandele Science. "See näeb välja üha veenvam, et see saab olema tehnoloogia aluseks."
Furoor sai alguse eelmisel kuul, kui Microsoft teatas pressiteate ja ajakirjas Nature väljaandes, mida ta peab oluliseks läbimurdeks oma kvantarvutusuuringutes: kaheksat Majorana-põhist topoloogilist kubitti sisaldavat kiipi, mis sillutab tema sõnul teed kommunaalarvutitele aastate, mitte aastakümnete pärast. Paber aga ei kirjeldanud kiipi üksikasjalikult ega esitanud tõendeid Majoranase kohta, keskendudes selle asemel tulevase seadme teatud kvantomaduste mõõtmise meetodile. Sellegipoolest tõusid järgmistel päevadel kvantarvutite aktsiad ja senaator Ted Cruz (R–TX) reklaamis kiipi senati põrandal.
Microsofti tegevjuht Satya Nadella vastas Elon Muski õnnitlustele X-i puhul: "Me arvame, et see võib olla kvanttransistori hetk." Vahepeal olid paljud füüsikud nördinud räige teadaande, tuliste veebikommentaaride postitamise, otseülekande eemaldamiste ja sotsiaalmeedia meemide pärast.
"Ma pole kunagi varem füüsikas midagi sellist näinud," ütleb California Tehnoloogiainstituudi füüsik Jason Alicea. "See on kindlasti kõige tugevam väide, mis [selles valdkonnas] kunagi esitatud on … ja neil lasub koorem tõesti näidata, et see, mis neil on, on tõeline tehing."
Teadlased on 40 aastat unistanud looduse paremast simuleerimisest ja teatud probleemide klasside palju kiiremast lahendamisest, ehitades arvuteid, mis ei tööta mitte tavapärastel bittidel (milleks saab määrata kas 0 või 1), vaid pigem kubitidel, mida saab samaaegselt seadistada 0 ja 1 kombinatsioonidele. Kuid kvantarvutid on endiselt lapsekingades, mida lämmatab nende kubitite haprus keskkonnamüra suhtes.
Vähem läbitava tee Microsoft üritab ehitada qubit-kaitse otse oma riistvarasse. Selle põhistrateegia on teha Majoranast kubitid, mis on sisuliselt delokaliseeritud elektronid. Kuna elektronid ei eksisteeri üheski kohas, on nende teave kaitstud "topoloogiliselt" mis tahes kohalike häirete eest - kui lähimate energiaolekute vahel, kuhu elektronid võivad hüpata, on piisavalt suur "vahe".
Microsofti praegune kiibikujundus sisaldab üliõhukesi ülijuhtivaid indium-arseniidjuhtmeid, mis sunnivad sees olevaid elektrone moodustama lõdvalt seotud paare. Õigetes tingimustes võib traat mahutada ka täiendava paaritu elektroni, mis jaguneb pooleks, et hõivata traadi mõlemas otsas Majorana. Traadi kaks "paarsusseisundit", mis tulevases arvutis tähistavad 0 või 1, vastavad sellele, kas see sisaldab paaris või paaritu arvu elektrone. Tehes süsteemis teatud mõõtmisi, plaanivad Nayak ja tema Microsofti kolleegid juhtmete paarsust nihutada ja analüüsida, kodeerides ja lugedes seeläbi kvantteavet.
Kuid viimase kahe aastakümne jooksul on Majorana osutunud sama libedaks kui selle nimekaim, 1938. aastal salapäraselt kadunuks jäänud itaalia füüsik. Valdkond on kannatanud ootamatute tehniliste takistuste, tühjade lubaduste ja korduvalt ümber lükatud väidete käes.
Et luua süstemaatilisem võrdlusalus Majoranase tuvastamiseks, töötasid Microsofti teadlased 2021. aastal välja protokolli, mis loob katsete jada
ntal testid tagamaks, et seade on nende majutamiseks õiges topoloogilises faasis. Nad koostasid seadme arvutisimulatsiooni, mida nad treenisid topoloogilise faasi tuvastamiseks, ja seejärel sisestasid nad tegeliku seadme mõõtmised samasse protokolli, et hinnata, kas see on ka õiges olekus.
2023. aastal väitis Nayaki meeskond, et on loonud seadme, mis läbis protokolli. Uus artikkel, mis avaldati 19. veebruaril ajakirjas Nature, kehtestab menetluse nanojuhtmete paarsuse määramiseks, lugedes seega välja süsteemi oleku. Microsoft väitis, et need tulemused koos lisatud pressiteates vihjatud uute mõõtmistega kujutavad endast "maailma esimest topoloogiliste kubitide toiteallikat töötavat kvantprotsessorit".
Valdkonna teadlased mõistavad, et Microsofti meeskond püüab Majoranast metoodilisemalt jahtida, kuid mõistavad meeskonna hukka nende sõnul ülepaisutatud väidete levitamise eest. "Teade tulenes lihtsalt põhimõtteliselt erinevast määratlusest selle kohta, mida tähendab minu jaoks topoloogilise kubiidi tegemine," ütleb Alicea, kes kirjeldas avalikult tema veenmiseks vajalike katsete loendit.
Nädal pärast Microsofti veebruarikuist teadaannet postitas Legg oma esimese väljakutse, eeltrükise, mis kritiseeris ettevõtte protokolli, mida kasutatakse Majoranase tuvastamiseks. Olemasolevasse koodi uurides märkas ta, et lihtsalt erinevate parameetrite, näiteks magnetvälja mõõtmisvahemiku muutmine näis mõjutavat seda, kas seade läheb topoloogiliseks. Lisaks näib ühe katse jooksul tegelike andmete hindamiseks kasutatav kood olevat vähem piirav kui simuleeritud andmete jaoks kasutatav kood, märgib Legg. Ta usub, et need probleemid õõnestavad testi usaldusväärsust ja muudavad seega hiljutise väite kehtetuks. "See põhineb täiesti vigasel protokollil, " ütleb Legg. "Neil on vaja selgitada."
Eelmisel nädalal avaldatud LinkedIn-postituses vaidlustas Microsofti teadlane Roman Lutchyn Leggi kaebused, väites, et protokolli tundlikkus parameetrite muutuste suhtes on "oodatud ega muuda õigesti valitud parameetritega protokolli kasutamist kehtetuks". Seoses koodi erinevate versioonidega juhib Lutchyn tähelepanu sellele, et lahknevus on "statistiliselt ebaoluline" - 700 huvipakkuva piirkonna kohta on ainult üks valepositiivne tulemus.
Eelmisel nädalal avaldatud teises eeltrükis kritiseerib Legg ka Microsofti viimases Nature dokumendis olevaid töötlemata juhtivuse andmeid, mis tema väitel tunduvad liiga korrastamata, et olla õiges olekus. Pärast Leggi kõnet APS-i tippkohtumisel jäi Lutchyn oma meeskonna protokolli ja mõõtmiste juurde, mida tema sõnul ei saa seletada ilma, et süsteem oleks õiges faasis. "See, mida oleme siin teinud, on nii teoreetiliselt õige kui ka praktiline," ütles ta Leggile küsimuste ja vastuste seansi ajal. "Kui teil on parem idee [Majoranase leidmiseks], esitage protokoll ja siis järgigem seda."
Delfti Tehnikaülikooli füüsik Anton Ahmerov nimetab mõnda Leggi muret protokolli pärast "väga kehtivaks", kuigi tema arvates ei muuda need Microsofti tööd täielikult. "Selleks, et kogukond saaks usaldada, et protokolli tulemus on usaldusväärne, tuleb neid tingimata süstemaatiliselt uurida," lisab ta.
Teisipäevasel APS-i kõne ajal tutvustas Nayak lubatud uusi detaile seadmest, mis ühendab kaks nanotraati H-kujuliseks massiiviks, mis on mõeldud toimiva kubiti demonstreerimiseks. Uute mõõtmiste eesmärk on võrrelda Majoranaste pariteeti kahe ühendatud nanojuhtme vahel, kontrollides nende võimet eksisteerida kahes erinevas olekus, mis on 0 ja 1 keerulised kombinatsioonid, mis on seadme kubitina töötamiseks hädavajalikud.
Mõnedele kuulajatest avaldasid muljet ilmsed materiaalsed edusammud, mis võimaldasid selle topelt-nanojuhtmega seadme. Mõõtmistele suhtuti aga skeptilisemalt. Nayak näitas andmeid, mis viitasid sellele, et üks nanotraat hoiab 0 või 1 olekut kuni 10 millisekundit. Kuid andmed kahe keerukama oleku kohta olid palju vähem selged. Statistiline analüüs näitas, et need seisundid püsisid mõne mikrosekundi, kuid mõned füüsikud väitsid, et andmed tundusid pigem müra moodi. "Mulle oleks meeldinud, kui see karjus minu peale, et on ainult kaks [eraldist] olekut," ütleb seanssi juhtinud Cornelli ülikooli füüsik Eun-Ah Kim. "Aga see pole see, mida ma arvan, et näen."
Paljude füüsikute jaoks ei ole Microsoft veel esitanud kindlaid tõendeid Majoranase kohta, rääkimata ühendatud süsteemist, mis käitub veenvalt nagu kubit. Oxfordi ülikooli füüsik Steve Simon loodab siiski, et tulemused jäävad püsima. Ta vedas Leggile Belgia õllele kihla, et loodus ei võta Microsofti paberit järgmise kahe aasta jooksul tagasi. "Suurepäraste tõendite puudumine ei tähenda, et neid pole," ütleb Simon. "Võib juhtuda, et nende protokoll pole tegelikult nii usaldusväärne, kuid see ei tähenda, et nad niikuinii õigesse kohta ei maandunud."
Arvestades valdkonna kivist ajalugu, on paljud teadlased rahulolematud nii Microsofti sensatsioonilise teadaanne ja agressiivne vastureaktsioon sellele. "Probleem on selles, et mõlemad pooled esitavad enesekindlaid väiteid ... ja ma ei usu, et kumbki seisukoht on õigustatud," ütleb Ahmerov. "Oleks tore, kui inimesed veidi lõõgastuksid."
