Microsoft heeft Majorana 1 gepresenteerd, een quantumchip gebaseerd op de Topological Core-architectuur, die volgens het bedrijf de ontwikkeling van quantumcomputers kan versnellen. De chip maakt gebruik van een topogeleider, een materiaal dat stabielere en beter schaalbare qubits mogelijk maakt – de fundamentele eenheden van quantumcomputing. Microsoft stelt dat deze technologie quantumcomputers die geschikt zijn voor industriële toepassingen binnen enkele jaren in plaats van decennia haalbaar kan maken.
Het bedrijf vergelijkt deze ontwikkeling met de impact van halfgeleiders op de informatietechnologie en stelt dat topogeleiders de weg kunnen openen naar systemen met een miljoen qubits. Microsoft Technical Fellow Chetan Nayak omschrijft de ontwikkeling als een poging om een quantum-equivalent van de transistor te creëren en benadrukt dat materiaalkwaliteit een belangrijke rol speelt in de schaalbaarheid.
Volgens Microsoft biedt Majorana 1 een route naar de integratie van een miljoen qubits op een enkele chip die klein genoeg is om in een hand te passen. Het bedrijf ziet mogelijke toepassingen in chemie, materiaalkunde en milieuvraagstukken, zoals het afbreken van microplastics of het ontwikkelen van zelfherstellende materialen. Nayak stelt dat grootschalige quantumcomputing een duidelijk traject naar een miljoen qubits vereist, en dat Microsoft deze route nu in kaart heeft gebracht.
Microsofts aanpak maakt gebruik van topologische supergeleiders, die een specifieke materietoestand creëren die verschilt van vaste stoffen, vloeistoffen of gassen. Dit stelt onderzoekers in staat stabiele qubits te vormen die digitaal kunnen worden aangestuurd, waarmee bepaalde beperkingen van bestaande quantumtechnologieën worden aangepakt. Een in Nature gepubliceerde studie beschrijft hoe Microsoft-onderzoekers de eigenschappen van deze topologische qubits hebben gemeten.
Voor de ontwikkeling van Majorana 1 was een nieuwe materiaalsamenstelling nodig, bestaande uit indiumarsenide en aluminium, ontworpen op atomaire schaal. Het doel was om Majorana-deeltjes te genereren, die van nature een bepaalde fouttolerantie hebben en qubits stabieler kunnen maken. Volgens Microsoft biedt de Topological Core hardwarematige betrouwbaarheid, waardoor de behoefte aan foutcorrectie kan worden verminderd.
Quantumcomputing op commerciële schaal vereist triljoenen operaties op een miljoen qubits, wat extra uitdagingen met zich meebrengt vanwege de complexiteit van huidige besturingsmechanismen. Microsoft stelt dat zijn digitale meetmethode de aansturing kan vereenvoudigen en de efficiëntie en schaalbaarheid kan verbeteren. Het bedrijf heeft acht topologische qubits geïntegreerd op een chip die is ontworpen voor verdere uitbreiding.
Microsofts focus op schaalbare quantumcomputing heeft ertoe geleid dat het bedrijf is geselecteerd voor de laatste fase van DARPA’s Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC)-programma, dat onderzoekt of quantumtechnologieën sneller commercieel inzetbaar kunnen worden dan eerder werd gedacht.
Volgens Microsoft kunnen quantumcomputers met een miljoen qubits oplossingen bieden voor complexe problemen die buiten het bereik van klassieke computers liggen. Mogelijke toepassingen zijn onder meer het ontwerpen van zelfherstellende materialen, het optimaliseren van katalysatoren voor milieutoepassingen en het verbeteren van enzymgedrag in de gezondheidszorg.
