Microsoft ha annunciato oggi un significativo progresso nel campo del calcolo quantistico con l’introduzione di Majorana 1, il primo chip quantistico al mondo basato su una nuova architettura denominata Topological Core. Questo sviluppo promette di rendere i computer quantistici capaci di risolvere problemi industriali su larga scala in pochi anni, anziché decenni.
Il cuore di questa innovazione è il topoconductor, un nuovo tipo di materiale in grado di osservare e controllare le particelle di Majorana per produrre qubit più affidabili e scalabili, i mattoni fondamentali dei computer quantistici. Analogamente a come l’invenzione dei semiconduttori ha reso possibili gli odierni dispositivi elettronici, i topoconductor e il nuovo chip che essi abilitano offrono una via per sviluppare sistemi quantistici scalabili fino a un milione di qubit, capaci di affrontare i problemi industriali e sociali più complessi.
“Abbiamo fatto un passo indietro e ci siamo chiesti: ‘Ok, inventiamo il transistor per l’era quantistica. Quali proprietà deve avere?'”, ha dichiarato Chetan Nayak, Technical Fellow di Microsoft. “Ed è così che siamo arrivati qui: è la particolare combinazione, la qualità e i dettagli importanti nel nostro nuovo stack di materiali che hanno permesso un nuovo tipo di qubit e, in definitiva, la nostra intera architettura.”
Il processore Majorana 1 offre un percorso chiaro per ospitare un milione di qubit su un singolo chip che può stare nel palmo di una mano. Questo è un traguardo necessario affinché i computer quantistici possano fornire soluzioni trasformative nel mondo reale, come la decomposizione dei microplastici in sottoprodotti innocui o l’invenzione di materiali autoriparanti per l’edilizia, la manifattura o la sanità. Tutti i computer attuali del mondo, operando insieme, non possono fare ciò che un computer quantistico da un milione di qubit sarà in grado di fare.
“Qualunque cosa tu stia facendo nel campo quantistico deve avere un percorso verso un milione di qubit. Se non ce l’ha, ti scontrerai con un muro prima di raggiungere la scala necessaria per risolvere i problemi davvero importanti che ci motivano”, ha affermato Nayak. “Abbiamo effettivamente tracciato un percorso verso un milione.”
Il topoconductor, o superconduttore topologico, è una categoria speciale di materiale che può creare un nuovo stato della materia, non un solido, liquido o gas, ma uno stato topologico. Questo viene sfruttato per produrre un qubit più stabile, veloce, piccolo e controllabile digitalmente, senza i compromessi richiesti dalle alternative attuali. Un nuovo articolo pubblicato su Nature descrive come i ricercatori di Microsoft siano riusciti a creare le esotiche proprietà quantistiche del qubit topologico e a misurarle con precisione, un passo essenziale per il calcolo pratico.
Questo progresso ha richiesto lo sviluppo di un nuovo stack di materiali composto da arseniuro di indio e alluminio, gran parte del quale Microsoft ha progettato e fabbricato atomo per atomo. L’obiettivo era quello di indurre l’esistenza di nuove particelle quantistiche chiamate Majorana e sfruttare le loro proprietà uniche per raggiungere il prossimo orizzonte del calcolo quantistico.
Il primo Topological Core al mondo che alimenta il Majorana 1 è affidabile per design, incorporando la resistenza agli errori a livello hardware, rendendolo più stabile.
Le applicazioni di rilevanza commerciale richiederanno anche trilioni di operazioni su un milione di qubit, il che sarebbe proibitivo con gli approcci attuali che si basano su un controllo analogico fine di ogni qubit. Il nuovo approccio di misurazione del team di Microsoft consente di controllare i qubit digitalmente, ridefinendo e semplificando notevolmente il funzionamento del calcolo quantistico.
Questo progresso convalida la scelta di Microsoft, fatta anni fa, di perseguire un design di qubit topologico, una sfida scientifica e ingegneristica ad alto rischio e alto rendimento che ora sta dando i suoi frutti. Oggi, l’azienda ha posizionato otto qubit topologici su un chip progettato per scalare fino a un milione.
“Fin dall’inizio volevamo creare un computer quantistico per un impatto commerciale, non solo per leadership di pensiero”, ha detto Matthias Troyer, Technical Fellow di Microsoft. “Sapevamo di aver bisogno di un nuovo qubit. Sapevamo di dover scalare.”
Questo approccio ha portato la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), un’agenzia federale che investe in tecnologie rivoluzionarie importanti per la sicurezza nazionale, a includere Microsoft in un rigoroso programma per valutare se tecnologie innovative di calcolo quantistico potrebbero costruire sistemi quantistici di rilevanza commerciale più rapidamente di quanto convenzionalmente ritenuto possibile.
Microsoft è ora una delle due aziende invitate a passare alla fase finale del programma Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) della DARPA, che mira a fornire il primo computer quantistico tollerante ai guasti su scala industriale, ovvero uno il cui valore computazionale supera i suoi costi.
Oltre a sviluppare il proprio hardware quantistico, Microsoft ha collaborato con Quantinuum e Atom Computing per raggiungere scoperte scientifiche e ingegneristiche con i qubit attuali, inclusa l’annuncio lo scorso anno del primo computer quantistico affidabile del settore.
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