Majorana 1 di Microsoft: processore quantistico a qubit topologici

Microsoft potrebbe aver appena presentato l’innovazione destinata ad accelerare notevolmente la costruzione dei computer quantistici: si chiama Majorana 1 ed è il primo processore della categoria al mondo basato su qubit topologici. Il punto di forza è rappresentato dall’impiego di una nuova classe di materiali, i superconduttori topologici.

Il processore quantistico a qubit topologici: Majorana 1

Per capire quale sia la portata dell’annuncio partiamo proprio da questa scoperta. Si tratta di una classe di materiali in grado di raggiungere uno stato delle materia mai osservato in precedenza: né solido, né liquido, né gassoso, ma appunto topologico. È stato possibile ottenerla combinando semiconduttori come l’arseniuro di indio e superconduttori come l’alluminio, progettati e fabbricati a livello atomico, così da ottenere nanofili superconduttivi topologici.

Una volta raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto e sottoposti all’azione dei campi magnetici, questi generano le Modalità Zero di Majorana (MZMs). Sono particelle esotiche che immagazzinano informazioni quantistiche in modo protetto. Per quasi un secolo, sono rimaste un concetto teorico.

Questo ha consentito ai ricercatori di Microsoft di realizzare il processore Majorana 1 con un’architettura completamente nuova. Può ospitare fino a 1 milione di qubit all’interno di un’unità con dimensioni simili a quelle del palmo di una mano.

Si tratta di un’innovazione che non solo ha il potenziale di ridurre da decenni ad alcuni anni le tempistiche necessarie per costruire computer quantistici utili, ma che ne semplifica il controllo e riduce drasticamente il numero di qubit fisici necessari per eseguire calcoli affidabili. Ciò significa poter accelerare il percorso verso l’adozione di applicazioni pratiche su larga scala.

Come si legge nel comunicato giunto in redazione, Microsoft ha creato un nucleo topologico che include 8 qubit topologici, significativamente più piccoli, veloci e stabili rispetto ai qubit tradizionali. Occupano inoltre uno spazio pari ad appena 1/100 di millimetro.

La loro stabilità deriva dalla protezione hardware intrinseca offerta dalla struttura topologica, che li rende resistenti agli errori causati dall’ambiente esterno. Inoltre, i qubit topologici sono controllati digitalmente attraverso impulsi elettrici, eliminando la necessità di complessi segnali analogici e semplificando notevolmente la gestione di grandi quantità di qubit. Questa innovazione rende possibile un approccio al quantum computing basato su misurazioni, che non solo aumenta l’affidabilità, ma consente anche di implementare correzioni degli errori in modo più efficiente.

Le applicazioni concrete del quantum computing

La tecnologia è già stata validata da realtà dell’ambito scientifico e istituzionale, da Nature a DARPA. Il suo impiego potrebbe innovare settori come la chimica, la scienza dei materiali e l’agricoltura. Quali sono le sue potenziali applicazioni concrete? Microsoft cita, ad esempio, la creazione di materiali auto-riparanti per i ponti o gli schermi degli smartphone e i catalizzatori per abbattere le microplastiche. Ancora, l’ottimizzazione degli enzimi per migliorare la fertilità del suolo da utilizzare in ambienti estremi.

Tutti i computer attualmente operativi nel mondo, messi insieme, non possono fare ciò che un computer quantistico da un milione di qubit sarà in grado di fare. Questo comporta che tutto ciò che oggi richiede anni di esperimenti e risorse ingenti potrebbe essere risolto in modo rapido ed efficiente grazie alla potenza del quantum computing.

Majorana 1 fa parte di un ecosistema integrato che include elettronica di controllo, software avanzati e infrastrutture di raffreddamento estremo. È progettato per integrarsi nei data center dell’infrastruttura Azure, rendendo la potenza quantistica accessibile attraverso il cloud.