Microsoft annuncia un nuovo processore quantistico e viene accolta con scetticismo

La notizia sembra spettacolare. Mercoledì Microsoft ha presentato un nuovo tipo di chip quantistico denominato Majorana 1, basato su bit quantistici topologici. Questi bit quantistici sono molto meno soggetti a errori rispetto a quelli utilizzati da aziende come Google, IBM o IonQ. Grazie ai bit quantistici topologici sarà quindi possibile costruire computer quantistici in grado di risolvere problemi significativi in ​​pochi anni, anziché decenni, promette Microsoft.

L'azienda parla di un passo avanti decisivo e fa riferimento a una pubblicazione apparsa lo stesso giorno sulla rivista “Nature” . Tuttavia, non si fa menzione di un bit quantistico topologico, né tantomeno di un chip con diversi bit di questo tipo. Si dice invece che i risultati rappresentino un passo avanti significativo verso la realizzazione di un bit quantistico topologico. Quindi, a che punto è Microsoft con la sua ricerca?

È indiscusso che i bit quantistici topologici accelererebbero enormemente la costruzione di un potente computer quantistico. Gli attuali computer quantistici utilizzano atomi neutri, ioni o minuscoli circuiti superconduttori per memorizzare le informazioni. Questi bit quantistici possono essere collocati in stati che consentono di eseguire calcoli in modo molto più efficiente rispetto agli stati di un bit convenzionale. La speranza è che un giorno saremo in grado di risolvere problemi che nemmeno i supercomputer odierni sono in grado di gestire.

Tuttavia, i bit quantistici utilizzati oggi sono molto soggetti a errori. Anche la più piccola perturbazione provoca il decadimento degli stati quantistici sensibili e l'intero vantaggio rispetto a un computer classico svanisce. La tendenza è quindi quella di combinare molti bit quantistici in un bit quantistico logico, che è meno soggetto a errori rispetto ai bit individuali. Google ha recentemente dimostrato che questo approccio è promettente. Tuttavia, richiede un'enorme sovrastruttura di bit quantistici che non fanno altro che correggere gli errori.

Microsoft ha adottato da tempo un approccio diverso. L'azienda sta cercando di sviluppare bit quantistici che siano intrinsecamente robusti e che quindi debbano essere corretti meno spesso. Per fare ciò, le informazioni quantistiche devono essere conservate in un modo che sia immune da disturbi isolati. Si dice quindi che l'informazione quantistica è topologicamente protetta.

La ricerca su questi bit quantistici topologici è in corso da anni. L'idea di base è quella di mettere a contatto un nanofilo semiconduttore con un superconduttore. Se si applica un campo magnetico parallelamente al filo, alle sue estremità si dovrebbero formare due stati di eccitazione. Questi stati spazialmente separati ma interconnessi sono chiamati stati di Majorana. Teoricamente sono adatti per immagazzinare informazioni quantistiche.

Nella pubblicazione su Nature, i ricercatori Microsoft dimostrano come è possibile distinguere i due stati 0 e 1 di un bit quantistico. Tuttavia, non possono escludere che le differenze misurate siano causate da altri effetti nel nanofilo e quindi non abbiano nulla a che fare con gli stati robusti di Majorana. L'esperimento Microsoft non può ancora essere descritto come un bit quantistico topologico, afferma il fisico dello stato solido Klaus Ensslin dell'ETH di Zurigo.

Ciò tuttavia non impedisce a Microsoft di quotarsi in borsa e di affermare di aver superato un ostacolo cruciale sulla strada verso un computer quantistico a prova di errore. Letteralmente dice: "Oggi abbiamo dimostrato il primo qubit topologico al mondo".

La pubblicazione è stata inviata alla rivista Nature un anno fa, spiega Chetan Nayak, responsabile dello sviluppo del computer quantistico topologico presso Microsoft. Da allora sono stati fatti notevoli progressi. È stato sviluppato un chip con otto bit quantistici topologici. Inoltre, è stato dimostrato come un bit del genere potrebbe essere messo in uno stato che rappresenta contemporaneamente i valori 0 e 1. Tali stati di sovrapposizione distinguono un bit quantistico da un bit ordinario, che può rappresentare solo uno di questi due valori.

Questi ulteriori risultati sono stati condivisi questa settimana durante un incontro con oltre cento scienziati, ha affermato Nayak. Anche la Darpa è convinta del concetto. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti ha deciso di recente di sostenere la costruzione di un computer quantistico topologico.

Se i nuovi risultati di Microsoft fossero corretti, si tratterebbe davvero di un importante passo avanti. Tuttavia, finché non ci sarà alcuna pubblicazione, non sarà possibile effettuare una valutazione seria.

Microsoft avrebbe potuto immaginare che il suo approccio sarebbe stato accolto con scetticismo. Non sarebbe la prima volta che vengono promesse troppe cose in questo ambito. Nel 2018, un gruppo di ricerca della TU Delft finanziato da Microsoft ha pubblicato un articolo su Nature che forniva solide prove dell'esistenza degli stati di Majorana. Due anni dopo dovette essere ritirato . Un gruppo di esperti ha concluso che gli autori avevano presentato solo dati che supportavano la loro ipotesi. Sono stati omessi i dati che mettevano in dubbio la storia di successo.

Microsoft ha ora interrotto la sua collaborazione con la TU Delft. Da allora, la ricerca sui computer quantistici topologici si è svolta principalmente nei laboratori dell’azienda.

Negli ultimi anni, tuttavia, la stessa Microsoft sembra aver dubitato del suo successo. Parallelamente alla ricerca sui bit quantistici topologici, l'azienda ha investito in due start-up che si basano sui bit quantistici convenzionali: i computer quantistici di Quantinum calcolano con atomi ionizzati, mentre quelli di Atom Computing calcolano con atomi neutri. Negli ultimi mesi Microsoft ha dimostrato, insieme a entrambi i partner, come sia possibile ridurre con successo gli errori nei bit quantistici. Se un computer quantistico topologico raggiungerà il suo obiettivo più rapidamente sarà possibile valutarlo solo dopo che Microsoft avrà pubblicato tutti i dati.

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