Microsoft ha recentemente presentato Majorana 1, un chip quantistico innovativo che segna un passo significativo nel campo del quantum computing. Questo processore, di dimensioni contenute, rappresenta il primo esempio al mondo di un chip che utilizza qubit topologici, una nuova categoria di unità di informazione progettate per superare le limitazioni dei computer quantistici tradizionali. Realizzato a Redmond, Washington, il chip è stato svelato nel febbraio 2025 e promette di rivoluzionare il settore, rendendo la computazione quantistica più accessibile e pratica.
Il funzionamento di Majorana 1: qubit topologici e innovazioni rispetto ai chip tradizionali
Per comprendere l’importanza di Majorana 1, è essenziale esaminare il concetto di qubit e il funzionamento dei computer quantistici. A differenza dei computer convenzionali, che operano utilizzando bit binari (0 e 1), i computer quantistici si basano sui qubit, i quali possono esistere in più stati simultaneamente grazie al fenomeno della sovrapposizione quantistica. Questa caratteristica consente ai qubit di eseguire calcoli complessi in parallelo, offrendo una potenza di calcolo superiore a quella dei supercomputer tradizionali.
Tuttavia, i qubit tradizionali presentano un problema di stabilità, poiché richiedono condizioni specifiche per mantenere la loro integrità. Le interferenze ambientali possono compromettere i calcoli, costringendo i computer quantistici attuali a utilizzare un elevato numero di qubit di supporto per garantire la correzione degli errori. Ad esempio, per ottenere 48 qubit logici, alcuni processori recenti necessitano di ben 280 qubit fisici.
Majorana 1 si distingue in questo contesto grazie all’uso dei qubit topologici, che offrono una stabilità intrinseca. Questi qubit non codificano l’informazione attraverso lo stato di una singola particella, ma attraverso le interazioni tra molti stati quantistici in un sistema. Questa distribuzione dell’informazione rende i qubit topologici meno suscettibili a perturbazioni esterne. Le quasi-particelle di Majorana, teorizzate dal fisico Ettore Majorana nel 1937, sono fondamentali per questo processo. Esse emergono come proprietà collettive di un sistema quantistico, contribuendo a una maggiore stabilità e riducendo la necessità di sistemi complessi per la correzione degli errori.
La struttura del chip Majorana 1 è basata su un topoconduttore, un sistema che combina un nano-filo di arseniuro di indio con un materiale superconduttore a base di alluminio. In condizioni specifiche, il nano-filo diventa superconduttore, consentendo la formazione delle quasi-particelle di Majorana e la creazione di qubit topologici. Anche se il chip attualmente presenta solo 8 qubit, la sua architettura è progettata per scalare fino a 1 milione di qubit, un traguardo senza precedenti rispetto agli attuali computer quantistici, che richiedono spazi enormi per ospitare un numero limitato di qubit.
Le potenziali applicazioni di Majorana 1
L’introduzione di un computer quantistico in grado di gestire fino a 1 milione di qubit potrebbe avere un impatto straordinario in diversi settori. Le potenzialità di Majorana 1 si estendono a campi come:
- Chimica e scienza dei materiali: progettazione di materiali innovativi, come quelli auto-riparanti, per applicazioni in edilizia e in elettronica.
- Sostenibilità ambientale: sviluppo di soluzioni per la decomposizione delle microplastiche e creazione di materiali ecocompatibili.
- Agricoltura e biotecnologie: miglioramento della fertilità del suolo e ottimizzazione delle rese agricole attraverso l’uso di enzimi avanzati.
- Intelligenza artificiale: potenziamento degli algoritmi di machine learning attraverso simulazioni avanzate, impossibili da realizzare con i supercomputer attuali.
Microsoft ha sottolineato l’importanza di questo progresso, affermando che la potenza di un computer quantistico da un milione di qubit supererebbe le capacità di tutti i computer attualmente operativi. Questo potrebbe ridurre drasticamente i tempi necessari per esperimenti complessi, portando a scoperte rapide e efficienti.
Dopo un lungo periodo di ricerca, durato 17 anni, Microsoft ha finalmente realizzato un processore che potrebbe rendere la computazione quantistica una realtà pratica e scalabile. Il progetto ha ricevuto riconoscimenti e validazione da parte della rivista Nature e ha attirato l’attenzione della DARPA, che ha selezionato questo chip per un programma finalizzato alla creazione di un computer quantistico tollerante agli errori.
