Ci sono voluti 17 anni di ricerche per arrivare al risultato. Un risultato che, di fatto, non è un punto di arrivo, ma il traguardo di una nuova partenza.
Microsoft ha annunciato infatti Majorana 1, il primo processore quantistico basato su qubit topologici, di fatto una nuova classe con proprietà mai osservate in precedenza, che potrebbe influenzare in modo significativo i prossimi sviluppi in ambito quantistico.
Al centro di questa innovazione vi è l’uso dei superconduttori topologici, una nuova classe di materiali che si distinguono dagli stati tradizionali della materia – solido, liquido e gassoso – per la loro natura “topologica”.
I nuovi materiali integrano semiconduttori, come l’arseniuro di indio, con superconduttori come l’alluminio, ingegnerizzati con estrema precisione a livello atomico per dar vita a nanofili dotati di superconduttività topologica, che permettono di osservare e controllare le Modalità Zero di Majorana (MZMs), particelle esotiche teorizzate nel 1937 e ora trasformate in una risorsa concreta per l’informatica quantistica. Per informazioni più approfondite sul tema, rimandiamo a questo articolo su Nature.
Grazie a questa scoperta, Microsoft è riuscita a sviluppare una tecnologia in grado di integrare fino a un milione di qubit su un singolo chip, un traguardo fondamentale per rendere il quantum computing non solo più affidabile ma anche accessibile su larga scala. Questo progresso permette di immaginare l’applicazione del calcolo quantistico a problemi industriali reali, accelerando la ricerca scientifica e tecnologica.
L’architettura di Majorana 1
Come già accennato, uno degli elementi distintivi del nuovo processore quantistico di Microsoft è il suo nucleo topologico, basato su otto qubit topologici. Questi qubit, significativamente più piccoli e stabili rispetto ai qubit tradizionali, occupano uno spazio di appena 1/100 di millimetro e sono meno soggetti agli errori causati dall’ambiente esterno. Grazie alla loro protezione hardware intrinseca, i qubit topologici offrono una maggiore affidabilità nei calcoli quantistici.
Un altro vantaggio chiave dell’architettura Majorana 1 è la gestione semplificata del controllo dei qubit. A differenza delle soluzioni tradizionali, che richiedono segnali analogici complessi, i qubit topologici di Microsoft sono controllati digitalmente tramite impulsi elettrici, semplificando enormemente l’infrastruttura necessaria per la gestione di sistemi quantistici su larga scala. Questo approccio riduce drasticamente il numero di qubit fisici necessari per ottenere calcoli affidabili, accelerando così il percorso verso applicazioni industriali.
Dalla ricerca alla realtà: il supporto di DARPA e le potenzialità applicative
L’importanza del lavoro svolto da Microsoft è stata riconosciuta a livello scientifico e istituzionale. La rivista Nature ha pubblicato un articolo peer-reviewed che conferma la capacità dell’azienda di creare e controllare i qubit topologici, un traguardo che rappresenta un passo essenziale verso l’utilizzo pratico del quantum computing. Inoltre, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha selezionato Microsoft come una delle due aziende finaliste nel programma US2QC, che punta a sviluppare il primo computer quantistico tollerante agli errori su scala industriale.
L’impatto potenziale di un computer quantistico con un milione di qubit è davvero importante. Questa tecnologia potrebbe trasformare settori come la chimica, la scienza dei materiali e l’agricoltura, consentendo progressi impensabili con i metodi attuali.
Microsoft prevede di integrare Majorana 1 nei suoi data center Azure Quantum, rendendo la potenza del calcolo quantistico disponibile tramite il cloud e aprendo nuove opportunità per aziende e ricercatori di tutto il mondo.
Majorana 1 in pillole
Cerchiamo dunque di sintetizzare le caratteristiche principali di Majorana 1, seguendo una semplice schematizzazione:
- Architettura: Microsoft ha sviluppato il primo chip quantistico basato su un’architettura con Topological Core.
- Materiali: Majorana 1 utilizza il topoconductor, una nuova classe di materiali che permette di osservare e controllare le particelle di Majorana per creare qubit più affidabili e scalabili.
- Capacità: Grazie alla sua architettura, Microsoft prevede di integrare fino a un milione di qubit su un singolo chip delle dimensioni del palmo di una mano.
- Vantaggi: A differenza delle soluzioni tradizionali, i qubit topologici offrono una maggior stabilità e resistenza agli errori, rendendo possibile un calcolo quantistico più affidabile.
- Applicazioni: Il quantum computing su larga scala potrebbe risolvere problemi oggi impossibili per i computer tradizionali, come la creazione di materiali auto-riparanti, la scomposizione delle microplastiche in sostanze innocue e lo sviluppo di nuovi catalizzatori per la chimica e l’agricoltura.
- Gestione: I qubit di Majorana 1 possono essere controllati digitalmente, eliminando la necessità di complessi segnali analogici e semplificando la gestione di un numero elevato di qubit.
