Majorana 1: Microsoft scrive un nuovo capitolo nel Quantum Computing

Microsoft in questi giorni ha svelato Majorana 1, il suo nuovo processore quantistico che promette di essere rivoluzionario e trasformare il panorama del calcolo. Ne parliamo approfonditamente su MisterGadget.Tech.

Avete mai sentito parlare di qubit topologici? Di fermioni di Majorana? Se la risposta è no, preparatevi a un viaggio nel futuro del quantum computing. Microsoft ha appena alzato il sipario su Majorana 1, una tecnologia che potrebbe riscrivere le regole dell’informatica.

Cosa sono i qubit e chi è Majorana?

Immagina di avere una moneta. Nel mondo dei computer classici, questa moneta può essere solo testa o croce, 0 o 1. I bit, l’unità di informazione dei computer classici, funzionano proprio così: possono essere solo 0 o 1.

I qubit, invece, sono monete quantistiche che possono essere sia testa che croce contemporaneamente. Questa capacità di essere in più stati contemporaneamente si chiama sovrapposizione quantistica.

Inoltre, i qubit possono anche essere legati tra loro in un modo speciale chiamato entanglement quantistico. Quando due qubit sono entangled, il loro stato è intrecciato e non possono essere descritti indipendentemente l’uno dall’altro. Queste due proprietà, sovrapposizione ed entanglement, permettono ai computer quantistici di eseguire calcoli in modo radicalmente diverso dai computer classici, aprendo la possibilità di risolvere problemi che oggi consideriamo impossibili.

Ettore Majorana è stato un fisico teorico italiano, scomparso misteriosamente nel 1938. Nonostante la sua breve carriera, ha dato contributi fondamentali alla fisica, in particolare nel campo della meccanica quantistica. Tra le altre cose, Majorana ha predetto l’esistenza di particelle, oggi chiamate fermioni di Majorana, che sono al centro dell’attenzione nel quantum computing (già dagli anni ’90) perché potrebbero essere utilizzati proprio per creare qubit topologici, una tipologia di qubit particolarmente stabile e resistente agli errori.

Sono diversi dai qubit tradizionali perché l’informazione quantistica non è codificata in una singola particella, ma in uno stato collettivo di molte particelle. In pratica, è come se l’informazione fosse distribuita su più particelle, rendendola più difficile da danneggiare.

L’innovazione di Topological Core

Torniamo a Majorana 1. Questo chip, basato su una nuova architettura chiamata Topological Core, utilizza i suddetti qubit topologici. Costruito con una classe rivoluzionaria di materiali chiamata topoconductor, è la prima Quantum Processing Unit (QPU) al mondo alimentata da un Core Topological, progettato per scalare un milione di qubit su un singolo chip.

Questo chip è 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 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.

La ricerca pubblicata in occasione su Nature dimostra la capacità di sfruttare un nuovo tipo di materiale e progettare un tipo di qubit radicalmente diverso che è piccolo, veloce e controllato digitalmente.

Ma cosa c’è dentro Majorana 1?

Siamo quindi davanti ad un nuovo stato della materia, che in precedenza esisteva solo in teoria. Il materiale combina semiconduttori come l’arseniuro di indio con superconduttori come l’alluminio, progettati e fabbricati a livello atomico per ottenere nanofili superconduttivi topologici. Quando 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.

Basandosi sul nuovo stato della materia introdotto dai superconduttori topologici, Microsoft ha creato un nucleo topologico che include 8 qubit topologici. Questi qubit sono significativamente più piccoli, veloci e stabili rispetto ai qubit tradizionali, occupando uno spazio di appena 1/100 di millimetro.

Majorana 1: prestazioni e potenzialità

Microsoft non è nuova al mondo del quantum computing. Da anni l’azienda investe in ricerca e sviluppo per superare le sfide tecnologiche legate a questa nuova forma di calcolo. Le prestazioni di Majorana 1 aprono nuove frontiere in diversi settori, dall’intelligenza artificiale, con la creazione di modelli di IA più sofisticati, sviluppo di algoritmi di apprendimento automatico più potenti.

Potrebbe rivoluzionare settori come la chimica, la scienza dei materiali e l’agricoltura. Ad esempio, potrebbe consentire la creazione di materiali auto-riparanti per ponti o schermi di smartphone, catalizzatori per abbattere microplastiche o sviluppare alternative sostenibili, e persino ottimizzare enzimi per migliorare la fertilità del suolo o promuovere coltivazioni in climi estremi. Nella medicina, per la progettazione di farmaci personalizzati, sviluppo di nuove terapie e diagnosi più precise. Perchè no, nella scoperta di materiali con proprietà uniche e sviluppo di nuovi per l’elettronica e l’energia. E poi finanza, analisi di rischio, ottimizzazione di portafogli, sviluppo di nuovi modelli finanziari.

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.

L’azienda dichiara che il passo successivo è un’architettura scalabile costruita attorno a un dispositivo a singolo qubit chiamato tetron. Con Majorana 1, Microsoft in ogni caso si posiziona all’avanguardia di questa rivoluzione tecnologica, contribuendo a creare un ecosistema quantistico sempre più maturo e promettente.

Finalmente un futuro quantistico all’orizzonte?

L’azienda è quindi sulla buona strada per costruire un FTP (first fault-tolerant prototype) di un computer quantistico scalabile – in anni, non decenni – come parte della fase finale di un programma molto prestigioso. La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ha selezionato Microsoft per avanzare nella fase finale del loro rigoroso programma di benchmarking noto come sistemi sottoesplorati per l’ubitrale Quantum Computing (US2QC) – uno dei programmi che compongono la più ampia Quantum Benchmarking Initiative (QBI).

Ad oggi, il programma US2QC ha riunito esperti di DARPA, Air Force Research Laboratory, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Los Alamos National Laboratory, Oak Ridge National Laboratory e NASA Ames Research Center per verificare hardware, software e applicazioni quantistiche. In futuro, la più grande Quantum Benchmarking Initiative dovrebbe impegnarsi con un numero ancora maggiore di esperti nel test e nella valutazione dei computer quantistici.

Majorana 1 rappresenta una pietra miliare in questo percorso verso computer quantistici potenti e affidabili. Questa tecnologia potrebbe rivoluzionare il modo in cui affrontiamo le sfide del futuro, aprendo nuove frontiere in diversi campi. Microsoft, con il suo impegno e la sua visione, si conferma un protagonista chiave di questa trasformazione epocale.