Satya Nadella vient d'annoncer la sortie de Microsoft's Majorana 1, la première unité de traitement quantique (QPU) au monde alimentée par une architecture unique «noyau topologique». L'annonce a suscité une grave excitation dans la communauté quantique. Majorana 1 est une étape vers l'avenir de l'informatique quantique, promettant de s'attaquer aux problèmes qui sont actuellement trop complexes pour les ordinateurs classiques d'aujourd'hui. Cette puce, construite sur des qubits topologiques, est une nouvelle approche, différente de ce que font les concurrents comme Google et IBM avec les qubits supraconduants ou piégés. Décomposons-le.
Timeline
: Le Majorana 1 n'est pas quelque chose qui s'est produit du jour au lendemain. C’est le résultat de près de deux décennies de recherche, ce qui en fait le projet de R&D le plus ancien de Microsoft. Le voyage a commencé en 2005 dans le cadre du programme Station Q, avec des experts comme Chetan Nayak (Microsoft’s Technical Fellow et Quantum Hardware VP) menant la charge.
jalons
:
- 2022 : Microsoft a finalement vu des preuves expérimentales de modes Majorana Zero (MZMS) dans les nanofils - un moment critique après quelques revers antérieurs.
- 2023 : L'équipe a réussi à démontrer le contrôle de ces quasiparticules Majorana, validant leur approche.
- 19 février 2025 : Le dévoilement officiel devrait se produire, avec un article évalué par des pairs dans Nature et les données partagées lors de la réunion de la station Q.
Équipe : Avec plus de 160 chercheurs, scientifiques et ingénieurs travaillant sur le projet, il est sûr de dire que ce n'était pas un effort solo - c'était un effort d'équipe interdisciplinaire massif.
Détails techniques
La puce elle-même est assez frappante, avec ses circuits aux teintes dorés, tenus à la main - une merveille compacte par rapport à certaines des configurations quantiques tentaculaires que nous avons l'habitude de voir. Mais l'intérieur? Eh bien, apprenez-en plus à ce sujet:
Innovation de base: topoconductors
Alors, qu'est-ce qui fait que cette puce est cochée? Majorana 1 repose sur une nouvelle classe de matériaux appelés «topoconducteurs» (supraconducteurs topologiques), qui combinent l'arséniure d'indium (un semi-conducteur) et l'aluminium (un supraconducteur). Ces matériaux sont fabriqués de l'atome par atome à l'aide d'une épitaxie du faisceau moléculaire, refroidis à un zéro presque absolu (-273 ° C), et réglé avec des champs magnétiques pour créer un état de matière qui n'est ni solide, liquide, ni gaz.
Cet état spécial permet la création de modes Majorana Zero (MZMS) aux extrémités des nanofils. Ces MZM ont des propriétés uniques, comme les statistiques non abéliennes, ce qui signifie qu'elles stockent des informations quantiques de manière non locale, ce qui les rend résistants au bruit environnemental. En d'autres termes, ils sont naturellement plus stables que les qubits traditionnels.
Qubit Design
Les qubits topologiques de Majorana 1 sont formés à partir d'une unité en forme «H», composée de deux nanofils topologiques parallèles reliés par un fil supraconducteur trivial. Microsoft appelle cela un «tétron». Actuellement, la puce Majorana 1 accueille huit de ces qubits, mais l'idée est d'équilibrer jusqu'à un million de qubits sur une seule puce - à peu près de la taille d'un visage de montre ou d'un palmier
Et voici la partie amusante: contrairement aux qubits traditionnels qui nécessitent des signaux analogiques complexes, ces qubits topologiques sont contrôlés numériquement avec des impulsions simples reliant des points quantiques aux nanofils. Cela rend les opérations plus simples et moins sujettes aux erreurs.
Mesure Breakthrough
Dans un monde où les états quantiques sont notoirement capricieux, Microsoft a développé une méthode précise pour mesurer ces états. En utilisant des points quantiques (minuscules condensateurs), ils peuvent détecter la parité - qu'il y ait un nombre uniforme ou impair d'électrons dans le système - en microsecondes. Cela leur permet de faire la distinction entre différents états, une étape importante pour le calcul.
la partie cool? Cette mesure non destructive prend en charge une approche informatique «basée sur la mesure», qui est différente des méthodes basées sur la rotation utilisées par de nombreux concurrents.
Architecture
L'architecture de Majorana 1 est conçue avec l'évolutivité à l'esprit. La puce utilise des tétrons disposés en tableaux (pensez à 4 × 2 ou 27 × 13 configurations), soutenant la correction d'erreur quantique (QEC) via la chirurgie du réseau et les transformations de tressage. Ces tableaux sont conçus pour être facilement intégrés dans les centres de données Azure, ce qui rend la configuration beaucoup plus compacte que certains ordinateurs quantiques rivaux qui nécessitent des espaces physiques tentaculaires.
performance et réclamation
- État actuel : Pour l'instant, Majorana 1 est toujours un dispositif de recherche. Il n'a que huit qubits - en moins que les 156 Qubits du dernier processeur d'IBM ou de la puce de Willow de Google. Mais Microsoft n'est pas trop inquiet de la quantité - ils sont tout au sujet de la qualité.
- Résistance aux erreurs : Les qubits topologiques sont protégés par le matériel, ce qui signifie qu'ils sont intrinsèquement plus stables que les qubits traditionnels, qui reposent souvent sur la correction d'erreurs basée sur un logiciel. Les taux d'erreur exacts n'ont pas été divulgués, mais les premières données suggèrent des améliorations significatives de la stabilité.
- Évolutivité : Microsoft affirme qu'ils ont un «chemin clair» pour évoluer jusqu'à un million de qubits. Il s'agit d'une affirmation audacieuse, d'autant plus que d'autres sociétés estiment qu'il faudrait des milliers de qubits physiques pour obtenir la même sortie logique en raison de la surcharge de correction d'erreurs. La conception de Majorana 1, cependant, nécessite théoriquement moins de qubits physiques pour atteindre le même résultat.
- Timeline : Microsoft suggère que l'informatique quantique pratique pourrait arriver au cours des prochaines années - peut-être d'ici 2030. Cela les met en avance sur des concurrents comme Nvidia (qui prédit 15-30 ans) ou IBM (2033).
Quelle est la prochaine étape pour Microsoft's Majorana 1?
- Dispositif à deux qubit : démontrez le tressage basé sur la mesure pour les opérations de Clifford.
- tableau de huit qubit : implémenter la correction d'erreur sur les qubits logiques.
- des tableaux plus grands : évoluer vers un prototype tolérant aux pannes (27 × 13 Tetrons) dans le cadre du programme US2QC de DARPA, où Microsoft est finaliste.
- Commercialisation : Aucune date de commercialisation de l'entreprise, mais Microsoft prévoit de partager Majorana 1 avec les laboratoires et les universités dans les années à venir à des fins de recherche.
au-delà de l'échelle : Microsoft envisage qu'une puce à million de qubit n'est que le début - Nayak pense qu'ils auront besoin d'environ 1 000 de ces puces pour un véritable impact à l'échelle de l'utilité.
End Note
Le Majorana 1 de Microsoft est un pas en avant intrigant dans l'informatique quantique. Bien qu'il n'ait pas encore la puissance du qubit brut pour rivaliser avec Google ou IBM en nombres, son approche topologique est très prometteuse. Si Microsoft peut le faire évoluer comme le prétend, Majorana 1 n'est peut-être pas seulement un autre flash dans la casserole quantique - cela pourrait être le début de quelque chose de beaucoup plus grand. Mais seul le temps nous dira.
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