Microsoft ha presentato Majorana 1, il primo processore quantistico al mondo basato su qubit topologici, che rappresenta un punto di svolta nel quantum computing promettendo la costruzione di computer quantistici utili in anni e non decenni. Alla base di questa rivoluzione ci sono i superconduttori topologici, una nuova classe di materiali che permette di raggiungere uno stato della materia né solido, né liquido, né gassoso, ma “topologico” mai osservato prima.

 

Questi materiali combinano semiconduttori come l’arseniuro di indio con superconduttori come l’alluminio, progettati e fabbricati a livello atomico per ottenere nanofili superconduttivi topologici. Quando vengono raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto e sottoposti a campi magnetici, questi materiali generano le Modalità Zero di Majorana (MZMs), particelle esotiche che immagazzinano informazioni quantistiche in modo protetto. Per quasi un secolo, queste particelle sono rimaste un concetto teorico presente nei libri di testo, ma Microsoft è riuscita a crearle e controllarle su richiesta rendendole il fondamento dei suoi qubit topologici.

Grazie ai superconduttori topologici, il chip Majorana 1 sarà in grado di ospitare infatti fino a 1 milione di qubit su un singolo processore delle dimensioni del palmo di una mano. L’architettura del chip è stata infatti pensata per semplificare il controllo e ridurre drasticamente il numero di qubit fisici necessari per eseguire calcoli affidabili, accelerando così il percorso verso applicazioni pratiche su larga scala.

I qubit topologici sono significativamente più piccoli, veloci e stabili rispetto ai qubit tradizionali, occupando uno spazio di 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.

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L’impatto potenziale di un computer quantistico da un milione di qubit potrebbe rivoluzionare settori come la chimica, la scienza dei materiali e l’agricoltura, consentendo ad esempio la creazione di materiali auto-riparanti per ponti o schermi di smartphone, catalizzatori per abbattere microplastiche e persino l’ottimizzazione di enzimi per migliorare la fertilità del suolo o promuovere coltivazioni in climi 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. Ciò significa 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 è parte di un ecosistema integrato che include elettronica di controllo, software avanzati e infrastrutture di raffreddamento estremo. Inoltre, essendo progettato per integrarsi nei data center Azure, rende la potenza quantistica accessibile tramite il cloud, aprendo nuove possibilità per aziende e ricercatori.

“Il nostro percorso verso un quantum computing utile è chiaro” ha dichiarato Chetan Nayak, membro del team tecnico di Microsoft e vicepresidente aziendale per l’hardware quantistico. “La tecnologia di base è collaudata e crediamo che la nostra architettura sia scalabile. Inoltre, il nostro nuovo accordo con DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dimostra l’impegno a progredire incessantemente verso il nostro obiettivo: costruire una macchina in grado di guidare la scoperta scientifica e risolvere problemi importanti”.