Microsoft ha svelato un nuovo chip quantistico chiamato Majorana 1, che secondo l’azienda sarà in grado di risolvere importanti problemi del mondo reale entro decenni. Sebbene alcuni siano scettici riguardo a queste affermazioni, Microsoft aggiunge che il nuovo design del chip coinvolge la manipolazione di un “nuovo stato della materia”. Il calcolo quantistico, come la fusione nucleare, è sempre stato considerato a pochi decenni di distanza. Uno dei molti problemi che il campo deve affrontare affinché i computer quantistici diventino utili è il numero di errori che producono, risultato del fatto che i qubit sono particolarmente sensibili alle perturbazioni ambientali come i difetti dei materiali o il riscaldamento a temperature leggermente superiori allo zero assoluto. A livello quantistico, le cose diventano un po’ complicate. Microsoft spera di superare alcuni di questi problemi creando “qubit topologici”, manipolando un nuovo stato della materia. “Il nostro team in Microsoft è stato in grado di prendere una particella subatomica che fino ad ora era solo teorizzata, e non solo osservarla, ma controllarla,” ha detto Krysta Svore, Microsoft technical fellow, in un video di accompagnamento. Probabilmente sei ben consapevole degli stati usuali della materia; solido, liquido e gas, ciascuno con le proprie proprietà definite dal comportamento dei loro atomi componenti. Ma ce ne sono anche altri. “Cento anni fa, i matematici predissero uno di questi nuovi stati della materia: lo stato topologico. E da allora, i ricercatori hanno cercato una quasi-particella molto specifica e molto utile al suo interno, la particella di Majorana,” ha detto Svore. “L’anno scorso, siamo stati in grado di osservarla per la prima volta. E quest’anno, siamo in grado di controllarla e utilizzare le sue proprietà uniche per costruire un topoconduttore, un nuovo tipo di semiconduttore che funziona anche come superconduttore.” Una delle proprietà utili della quasi-particella di Majorana è che è la propria antiparticella. “La teoria di Majorana ha dimostrato che matematicamente è possibile avere una particella che è la propria antiparticella,” ha aggiunto Matthias Troyer, Microsoft technical fellow. “Ciò significa che puoi prendere due di queste particelle e unirle, e potrebbero annichilirsi e non resterebbe nulla. Oppure potresti prendere due particelle e unirle e avresti solo due particelle. A volte non c’è nulla, lo stato zero; e a volte c’è l’elettrone, lo stato uno.” Il dispositivo utilizza un dispositivo a nanofilo superconduttore fatto di arseniuro di indio per collegare due fili topoconduttori in una forma a H, prima di manipolare le quasi-particelle di Majorana in esistenza alle estremità della forma a H utilizzando campi magnetici e superconduttori. Nei materiali che mostrano proprietà superconduttive a temperature molto basse, due elettroni si uniscono e formano coppie di Cooper. Qualsiasi elettrone non accoppiato aggiunto al sistema entra in uno stato eccitato, e la differenza di energia tra i due stati può funzionare come uno e zero nel calcolo. Nel chip Majorana 1, Microsoft afferma che l’elettrone è condiviso tra due quasi-particelle di Majorana in uno stato delocalizzato. Utilizzando misurazioni accurate eseguite con microonde, affermano di essere in grado di distinguere tra un miliardo e un miliardo e uno elettroni in un filo superconduttore, dicendo al computer in quale stato si trovano i qubit. Microsoft spiega che questo è molto più resistente agli errori rispetto ad altri computer quantistici. “Abbiamo fatto un passo indietro e abbiamo detto ‘OK, inventiamo il transistor per l’era quantistica. Quali proprietà deve avere?’” ha detto Chetan Nayak, Microsoft technical fellow, in una dichiarazione. “Ed è davvero 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.” Sebbene entusiasmante, alcuni sono scettici riguardo ai risultati. Sebbene Microsoft abbia pubblicato risultati intermedi, ammettono nel documento che “non determinano, da soli, se gli stati a bassa energia rilevati dall’interferometria siano topologici”. Ulteriori test, menzionati nel comunicato stampa, sono più fiduciosi, ma non sono stati ancora pubblicati. Sebbene Microsoft sembri fiduciosa nei suoi risultati, studi precedenti che affermavano stati di Majorana sono stati ritirati in passato. “Man mano che eseguiamo più tipi di misurazioni, diventerà più difficile spiegare i nostri risultati con modelli non topologici,” ha detto Nayak a Nature. “Potrebbe non esserci un singolo momento in cui tutti saranno convinti. Ma le spiegazioni non topologiche richiederanno sempre più fine-tuning.” Il prossimo problema, una volta confermato che ciò che pensano stia accadendo stia effettivamente accadendo, è scalarlo. Al momento, hanno realizzato un chip con otto qubit topologici, e mirano a un milione. Tuttavia, affermano che con questi chip la prossima generazione di computer quantistici potrebbe svolgere lavori utili e affidabili entro anni, piuttosto che decenni.
Microsoft afferma che il suo chip quantistico Majorana 1 utilizza un nuovo stato della materia per funzionare
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