Microsoft kondigt nieuwe quantumprocessor aan en wordt met scepsis ontvangen

Het nieuws klinkt spectaculair. Microsoft introduceerde woensdag een nieuw type quantumchip, genaamd Majorana 1, die is gebaseerd op topologische quantumbits. Deze quantumbits zijn veel minder foutgevoelig dan de bits die bedrijven als Google, IBM of IonQ gebruiken. Met topologische quantumbits wordt het dus mogelijk om quantumcomputers te bouwen die binnen enkele jaren, in plaats van decennia, zinvolle problemen kunnen oplossen, belooft Microsoft.

Het bedrijf spreekt van een beslissende stap voorwaarts en verwijst naar een publicatie die op dezelfde dag verscheen in het tijdschrift “Nature” . Er wordt echter geen melding gemaakt van een topologische quantumbit, laat staan ​​van een chip met meerdere van zulke bits. In plaats daarvan wordt gezegd dat de resultaten een belangrijke stap voorwaarts betekenen in de richting van de realisatie van een topologische kwantumbit. Hoe staat Microsoft met het onderzoek?

Het is onbetwist dat topologische quantumbits de bouw van een krachtige quantumcomputer enorm zouden versnellen. De huidige quantumcomputers gebruiken neutrale atomen, ionen of kleine supergeleidende circuits om informatie op te slaan. Deze quantumbits kunnen in toestanden worden gebracht waarmee berekeningen veel efficiënter kunnen worden uitgevoerd dan met de toestanden van een conventionele bit. De hoop is dat we op een dag problemen kunnen oplossen die zelfs de huidige supercomputers niet aankunnen.

De quantumbits die tegenwoordig worden gebruikt, zijn echter zeer foutgevoelig. Zelfs de kleinste verstoring zorgt ervoor dat de gevoelige kwantumtoestanden vervallen en het hele voordeel ten opzichte van een klassieke computer verdwijnt. De trend is daarom om veel kwantumbits te combineren tot een logische kwantumbit, die minder foutgevoelig is dan de individuele bits. Google heeft onlangs aangetoond dat deze aanpak veelbelovend is. Hiervoor is echter een enorme bovenbouw van kwantumbits nodig die niets anders doen dan fouten corrigeren.

Microsoft hanteert al lang een andere aanpak. Het bedrijf probeert quantumbits te ontwikkelen die van nature robuust zijn en daarom minder vaak gecorrigeerd hoeven te worden. Om dit te kunnen doen, moet kwantuminformatie op een manier worden opgeslagen die immuun is voor geïsoleerde verstoringen. Er wordt dan gezegd dat kwantuminformatie topologisch beschermd is.

Er wordt al jaren onderzoek gedaan naar zulke topologische kwantumbits. Het basisidee is om een ​​halfgeleidende nanodraad in contact te brengen met een supergeleider. Als er parallel aan de draad een magnetisch veld wordt aangelegd, zouden er aan de uiteinden twee excitatietoestanden moeten ontstaan. Deze ruimtelijk gescheiden maar onderling verbonden toestanden worden Majorana-toestanden genoemd. Theoretisch zijn ze geschikt voor het opslaan van kwantuminformatie.

In de Nature-publicatie laten de Microsoft-onderzoekers zien hoe de twee toestanden 0 en 1 van een quantumbit kunnen worden onderscheiden. Ze kunnen echter niet uitsluiten dat de gemeten verschillen worden veroorzaakt door andere effecten in de nanodraad en dus niets te maken hebben met de robuuste Majorana-toestanden. Het experiment van Microsoft kan nog niet worden omschreven als een topologische kwantumbit, zegt vastestoffysicus Klaus Ensslin van ETH Zürich.

Dat weerhoudt Microsoft er echter niet van om naar de beurs te treden en te beweren dat het een belangrijke horde heeft genomen op weg naar een fouttolerante quantumcomputer. Er staat letterlijk: "Vandaag hebben we de eerste topologische qubit ter wereld gedemonstreerd."

De publicatie werd een jaar geleden ingediend bij Nature, legt Chetan Nayak uit, die bij Microsoft verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van de topologische quantumcomputer. Sindsdien is er aanzienlijke vooruitgang geboekt. Er is een chip met acht topologische kwantumbits ontwikkeld. Daarnaast werd getoond hoe zo’n bit in een toestand gebracht kan worden die tegelijkertijd de waarden 0 en 1 vertegenwoordigt. Zulke superpositietoestanden onderscheiden een kwantumbit van een gewone bit, die slechts één van deze twee waarden kan representeren.

Deze aanvullende bevindingen werden deze week gedeeld tijdens een bijeenkomst met meer dan honderd wetenschappers, zegt Nayak. Ook Darpa is overtuigd van het concept. Het Amerikaanse ministerie van Defensie heeft onlangs besloten de bouw van een topologische quantumcomputer te ondersteunen.

Als de nieuwe resultaten van Microsoft kloppen, zou dit inderdaad een grote stap voorwaarts zijn. Zolang er echter geen publicatie is, kan hierover geen serieuze beoordeling plaatsvinden.

Microsoft had kunnen vermoeden dat zijn aanpak met scepsis zou worden ontvangen. Het zou niet de eerste keer zijn dat er op dit gebied te veel wordt beloofd. In 2018 publiceerde een door Microsoft gefinancierde onderzoeksgroep aan de TU Delft een artikel in Nature waarin sterk bewijs werd geleverd voor het bestaan ​​van Majorana-toestanden. Twee jaar later moest het weer worden ingetrokken . Een groep deskundigen concludeerde dat de auteurs alleen gegevens hadden gepresenteerd die hun hypothese ondersteunden. Gegevens die twijfels deden rijzen over het succesverhaal, werden weggelaten.

Microsoft heeft inmiddels de samenwerking met de TU Delft stopgezet. Sindsdien vindt het onderzoek naar topologische quantumcomputers voornamelijk plaats in de laboratoria van het bedrijf.

De laatste jaren lijkt Microsoft zelf echter aan zijn succes te twijfelen. Parallel aan het onderzoek naar topologische quantumbits heeft het bedrijf geïnvesteerd in twee start-ups die gebruikmaken van conventionele quantumbits: de quantumcomputers van Quantinum rekenen met geïoniseerde atomen, terwijl die van Atom Computing rekenen met neutrale atomen. Met beide partners heeft Microsoft de afgelopen maanden laten zien hoe quantum bitfouten succesvol kunnen worden gereduceerd. Of een topologische quantumcomputer zijn doel sneller zal bereiken, kunnen we pas beoordelen als Microsoft alle gegevens openbaar maakt.

Volg de wetenschapsredactie van NZZ op X.