هر کسی که در کلاس علوم پایه سوم شرکت کرده باشد می‌داند که سه حالت اصلی ماده وجود دارد: جامد، مایع و گاز.
مایکروسافت اکنون می‌گوید که در تلاش خود برای ساخت ماشینی قدرتمند به نام رایانه کوانتومی، حالت جدیدی از ماده ایجاد کرده است که می‌تواند توسعه همه چیز، از باتری‌ها گرفته تا داروها و هوش مصنوعی را تسریع کند.
روز چهارشنبه، دانشمندان مایکروسافت گفتند که چیزی را ساخته‌اند که به عنوان "کیوبیت توپولوژیکی" شناخته می‌شود و بر اساس این فاز جدید از وجود فیزیکی است که می‌تواند برای حل مسائل ریاضی، علمی و فناوری مورد استفاده قرار گیرد.
با این توسعه، مایکروسافت در آنچه که قرار است به مسابقه بزرگ فناوری بعدی تبدیل شود، فراتر از رقابت بر سر هوش مصنوعی امروز، شرط‌بندی می‌کند. دانشمندان از دهه 1980 در تعقیب رویای رایانه کوانتومی بوده‌اند - ماشینی که می‌تواند از رفتار عجیب و فوق‌العاده قدرتمند ذرات زیراتمی یا اجسام بسیار سرد بهره‌برداری کند.
این تلاش در ماه دسامبر زمانی شدت گرفت که گوگل یک رایانه کوانتومی آزمایشی را رونمایی کرد که تنها به پنج دقیقه زمان نیاز داشت تا محاسباتی را کامل کند که بیشتر ابررایانه‌ها نمی‌توانستند در 10 سپتیلیون سال به پایان برسانند - طولانی‌تر از عمر جهان شناخته شده.
فناوری کوانتومی مایکروسافت می‌تواند از روش‌های در حال توسعه در گوگل پیشی بگیرد. به عنوان بخشی از تحقیقات خود، این شرکت چندین کیوبیت توپولوژیکی را در داخل نوع جدیدی از تراشه کامپیوتری ساخته است که نقاط قوت نیمه هادی‌هایی را که رایانه‌های کلاسیک را تغذیه می‌کنند با ابررساناهایی که معمولاً برای ساخت رایانه کوانتومی استفاده می‌شوند، ترکیب می‌کند.
وقتی چنین تراشه‌ای تا دمای بسیار پایین خنک شود، به روش‌های غیرعادی و قدرتمندی رفتار می‌کند که مایکروسافت معتقد است به آن اجازه می‌دهد تا مسائل تکنولوژیکی، ریاضی و علمی را حل کند که ماشین‌های کلاسیک هرگز نمی‌توانند. این شرکت اعلام کرد که این فناوری به اندازه سایر فناوری‌های کوانتومی ناپایدار نیست و بهره‌برداری از قدرت آن را آسان‌تر می‌کند.
برخی این سوال را مطرح می‌کنند که آیا مایکروسافت به این نقطه عطف دست یافته است یا خیر، و بسیاری از دانشگاهیان برجسته گفتند که رایانه‌های کوانتومی تا دهه‌ها به طور کامل محقق نخواهند شد. اما دانشمندان مایکروسافت گفتند که روش‌های آنها به آنها کمک می‌کند تا زودتر به خط پایان برسند.
چتان نایاک، یکی از اعضای فنی مایکروسافت که رهبری تیمی را بر عهده داشت که این فناوری را ساخت، گفت: "ما این را چیزی می‌دانیم که سال‌ها با آن فاصله داریم، نه دهه‌ها."
فناوری مایکروسافت که در یک مقاله تحقیقاتی منتشر شده در مجله علمی Nature در روز چهارشنبه به تفصیل شرح داده شد، انگیزه جدیدی به رقابتی می‌افزاید که می‌تواند چشم‌انداز فناوری را تغییر دهد. علاوه بر تسریع پیشرفت در بسیاری از زمینه‌های فناوری و علمی، یک رایانه کوانتومی می‌تواند به اندازه‌ای قدرتمند باشد که رمزگذاری‌هایی را که از اسرار ملی محافظت می‌کنند، بشکند.
هر گونه پیشرفتی پیامدهای ژئوپلیتیکی خواهد داشت. حتی در حالی که ایالات متحده محاسبات کوانتومی را در درجه اول از طریق شرکت‌هایی مانند مایکروسافت و موجی از استارت‌آپ‌ها بررسی می‌کند، دولت چین گفته است که 15.2 میلیارد دلار در این فناوری سرمایه‌گذاری می‌کند. اتحادیه اروپا 7.2 میلیارد دلار متعهد شده است.
محاسبات کوانتومی که بر اساس دهه‌ها تحقیق در مورد نوعی فیزیک به نام مکانیک کوانتومی ساخته شده است، هنوز یک فناوری آزمایشی است. اما پس از گام‌های اخیر مایکروسافت، گوگل و دیگران، دانشمندان اطمینان دارند که این فناوری در نهایت به وعده‌های خود عمل خواهد کرد.
فرانک ویلچک، فیزیکدان نظری در موسسه فناوری ماساچوست، گفت: "محاسبات کوانتومی چشم‌انداز هیجان‌انگیزی برای فیزیک و برای جهان است."
برای درک محاسبات کوانتومی، کمک می‌کند بدانید که یک کامپیوتر سنتی چگونه کار می‌کند. یک تلفن هوشمند، لپ‌تاپ یا رایانه رومیزی به تراشه‌های کوچکی متکی است که از نیمه هادی‌ها ساخته شده‌اند، که موادی هستند که در برخی شرایط الکتریسیته را هدایت می‌کنند، اما نه در همه شرایط. این تراشه‌ها اعداد را ذخیره و پردازش می‌کنند، آنها را جمع می‌کنند، ضرب می‌کنند و غیره. آنها این محاسبات را با دستکاری "بیت"های اطلاعات انجام می‌دهند. هر بیت یا 1 یا 0 را نگه می‌دارد.
یک رایانه کوانتومی متفاوت عمل می‌کند. یک بیت کوانتومی یا کیوبیت، به رفتار کنجکاو ذرات زیراتمی یا مواد عجیب و غریب که تا دمای بسیار پایین سرد شده‌اند، متکی است.
هنگامی که بسیار کوچک یا بسیار سرد است، یک شی واحد می‌تواند مانند دو شی جداگانه به طور همزمان رفتار کند. با مهار این رفتار، دانشمندان می‌توانند یک کیوبیت بسازند که ترکیبی از 1 و 0 را در خود نگه دارد. این بدان معناست که دو کیوبیت می‌توانند چهار مقدار را به طور همزمان نگه دارند. و با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، یک رایانه کوانتومی به طور تصاعدی قدرتمندتر می‌شود.
شرکت‌ها از روش‌های مختلفی برای ساخت این ماشین‌ها استفاده می‌کنند. در ایالات متحده، بیشتر آنها، از جمله گوگل، کیوبیت‌ها را با استفاده از ابررساناها می‌سازند، که موادی هستند که الکتریسیته را بدون از دست دادن انرژی که انتقال می‌دهند، هدایت می‌کنند. آنها این ابررساناها را با خنک کردن فلزات تا دمای بسیار پایین ایجاد می‌کنند.
مایکروسافت روی رویکردی شرط‌بندی کرده است که تعداد کمی از دیگران در پیش گرفته‌اند: ترکیب نیمه هادی‌ها با ابررساناها. اصل اساسی - همراه با نام کیوبیت توپولوژیکی - اولین بار در سال 1997 توسط الکسی کیتائف، فیزیکدان روسی آمریکایی پیشنهاد شد.
این شرکت در اوایل دهه 2000 کار بر روی این پروژه غیرعادی را آغاز کرد، زمانی که بسیاری از محققان فکر نمی‌کردند چنین فناوری‌ای امکان‌پذیر باشد. این طولانی‌ترین پروژه تحقیقاتی مایکروسافت است.
ساتیا نادلا، مدیرعامل مایکروسافت، در مصاحبه‌ای گفت: "این چیزی است که هر سه مدیرعامل این شرکت روی آن شرط‌بندی کرده‌اند." (مدیرعامل‌های قبلی این شرکت بیل گیتس، بنیانگذار، و استیو بالمر بودند که در اوایل دهه 2000 مایکروسافت را اداره می‌کردند.)
این شرکت اکنون یک دستگاه واحد ایجاد کرده است که بخشی آرسنید ایندیم (نوعی نیمه هادی) و بخشی آلومینیوم (یک ابررسانا در دماهای پایین) است. هنگامی که تا حدود 400 درجه زیر صفر خنک می‌شود، نوعی رفتار فرازمینی از خود نشان می‌دهد که ممکن است رایانه‌های کوانتومی را ممکن سازد.
فیلیپ کیم، استاد فیزیک در دانشگاه هاروارد، گفت که آفرینش جدید مایکروسافت مهم است زیرا کیوبیت‌های توپولوژیکی می‌توانند توسعه رایانه‌های کوانتومی را تسریع کنند. او گفت: "اگر همه چیز خوب پیش برود، تحقیقات مایکروسافت می‌تواند انقلابی باشد."
اما جیسون آلیسا، استاد فیزیک نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا، این سوال را مطرح کرد که آیا این شرکت واقعاً یک کیوبیت توپولوژیکی ساخته است یا خیر، و گفت که اثبات رفتار سیستم‌های کوانتومی اغلب دشوار است.
دکتر آلیسا گفت: "یک کیوبیت توپولوژیکی در اصل امکان‌پذیر است و مردم موافق هستند که یک هدف ارزشمند است. با این حال، شما باید تأیید کنید که یک دستگاه به تمام روش‌های جادویی که نظریه پیش‌بینی می‌کند باید رفتار کند. در غیر این صورت، واقعیت ممکن است برای محاسبات کوانتومی کمتر خوشایند باشد. خوشبختانه، مایکروسافت اکنون برای تلاش آماده است."
مایکروسافت گفت که تنها هشت کیوبیت توپولوژیکی ساخته است و آنها هنوز قادر به انجام محاسباتی نیستند که ماهیت محاسبات را تغییر دهد. اما محققان این شرکت این را گامی در جهت ساخت چیزی بسیار قدرتمندتر می‌دانند.
در حال حاضر، این فناوری هنوز خطاهای زیادی مرتکب می‌شود که واقعاً مفید باشد، اگرچه دانشمندان در حال توسعه راه‌هایی برای کاهش اشتباهات هستند.
سال گذشته، گوگل نشان داد که با افزایش تعداد کیوبیت‌ها، می‌تواند به طور تصاعدی تعداد خطاها را از طریق تکنیک‌های پیچیده ریاضی کاهش دهد.
بسیاری از دانشمندان گفتند که اگر مایکروسافت بتواند کیوبیت‌های توپولوژیکی خود را کامل کند، تصحیح خطا کمتر پیچیده و کارآمدتر خواهد بود.
در حالی که یک کیوبیت می‌تواند چندین مقدار را به طور همزمان نگه دارد، با یک مشکل ذاتی مواجه است. وقتی محققان سعی می‌کنند اطلاعات ذخیره شده در یک کیوبیت را بخوانند، "ناهمدوس" می‌شود و به یک بیت کلاسیک تبدیل می‌شود که فقط یک مقدار را نگه می‌دارد: 1 یا 0.
این بدان معناست که اگر کسی سعی کند یک کیوبیت را بخواند، قدرت اصلی خود را از دست می‌دهد. بنابراین دانشمندان باید بر یک مشکل اساسی غلبه کنند: چگونه کامپیوتری بسازید که هر زمان که از آن استفاده می‌کنید خراب شود؟
روش‌های تصحیح خطای گوگل راهی برای مقابله با این مشکل است. مایکروسافت معتقد است که می‌تواند این مشکل را سریع‌تر حل کند زیرا کیوبیت‌های توپولوژیکی متفاوت رفتار می‌کنند و از نظر تئوری کمتر احتمال دارد هنگام خواندن اطلاعاتی که ذخیره می‌کنند، از بین بروند.
دکتر نایاک گفت: "این یک کیوبیت واقعاً خوب می‌سازد."