Microsoft récemment révélé Majorana 1la première puce quantique du genre, qui ouvre la porte aux ordinateurs quantiques topologiques si appelés et place la société Redmond à l’avant-garde dans le domaine de l’informatique quantique. Ce processeur, Aussi grand que la paume d’une mainest le premier au monde à exploiter qubit topologique (8 Pour être précis), une nouvelle classe de quibit qui promet de surmonter l’une des principales limites des ordinateurs quantiques traditionnels: la fragilité et la nécessité de systèmes de correction d’erreurs sophistiqués. Grâce à l’utilisation de Quasi-particules de Majoranaexcitations quantiques similaires aux particules théorisées par le corps Ettore Majorana En 1937, le géant de Redmond a créé une architecture capable de grimper jusqu’à 1 million de quibitune quantité impensable pour les ordinateurs quantiques actuels basés sur des quibit conventionnels. Sa stabilité pourrait accélérer l’adoption pratique du calcul quantique, apportant des applications concrètes à des secteurs tels que la chimie, la science des matériaux et l’intelligence artificielle. Mais comment fonctionne exactement Majorana 1? Et pourquoi les Quibits topologiques représentent-ils un tournant d’époque?
Comment fonctionne la puce Majorana 1: Quibits topologiques et la différence avec d’autres puces pour l’informatique quantique
Pour comprendre la valeur de cette innovation, il est utile de revoir le concept de quibit et le fonctionnement des ordinateurs quantiques. Contrairement aux ordinateurs « classiques », qui utilisent des bits (0 Et 1), les ordinateurs quantiques sont basés sur quibitunité d’information qui peut exister dans plusieurs états en même temps grâce à un phénomène appelé chevauchement quantique. De cette façon, en utilisant des propriétés quantiques particulières qui se produisent sur l’échelle des particules subatomiques mais pas sur l’échelle macroscopique, un bit quantique peut également prendre des valeurs intermédiaires entre 0 et 1. Cela vous permet d’effectuer des calculs extrêmement complexes en parallèle, à condition que Une puissance de calcul potentiellement plus élevée que celle de tout supercalculateur classique, ouvrant la porte à des applications potentiellement révolutionnaires.
Les quibits traditionnels, cependant, sont notoirement instables: afin de codifier une quibit, les systèmes quantiques placés dans des conditions sont tout sauf spontanés, et donc même de très petites interférences environnementales peuvent modifier et compromettre les calculs. Pour maintenir la fiabilité du système, les ordinateurs quantiques actuels ont besoin d’un grand nombre de support de Quibit pour la correction des erreurs. Par exemple, dans certains processeurs récents, 280 chicanes physiques étaient nécessaires pour obtenir 48 qubits qui peuvent être utilisés.
Et c’est ici que Majorana 1 fait la différence. Microsoft a développé un type particulier de quibitappelé précisément qubit topologiquequi sont intrinsèquement plus stable et moins soumis à des erreurs. Comme son nom le suggère vaguement, une question topologique codifie les informations non pas tant par l’état quantique d’une particule, mais par les corrélations entre les états quantiques d’un grand nombre de particules qui interagissent à la surface d’un supraconducteur microscopique.
Les qubits topologiques stockent des informations quantiques de manière à résister beaucoup aux perturbations externes, précisément parce que les informations sont distribuées dans un système quantique entier plutôt que sur une seule particule ou un seul atome. Dans le cas de la puce Majorana 1, ceci est obtenu grâce à des excitations quantiques particulières particulières appelées Quasi-particules de Majoranaqui « apparaissent » de manière similaire aux particules de Majorana, les particules théorisées par le physicien italien qui coïncident avec leur propre antiparticule. Au-delà des détails physiques, qui sont très complexes, le fait est que ces quasi-particules résultent de propriétés collectives d’un système quantique et non par l’état quantique d’une seule particule soumise à une énorme instabilité. Autrement dit, Le qubit topologique est protégé des erreurs grâce à sa propre structure physiquece qui élimine le besoin de systèmes de correction complexes.
Microsoft a créé le processeur Majorana 1 à l’aide d’une structure appelée haut et topoconducteurun système composé d’un nain de matériel semi-conducteur (dans ce cas Arseniuro di inio) très proche d’un matériau supraconducteur contenant de l’aluminium. Dans les bonnes conditions (un champ magnétique spécifique et une température proche du zéro absolu), le nano-phile semi-conducteur devient également un supraconducteur et cela permet l’émergence des quasi-particules de Majorana capables de constituer une question topologique.
La puce présentée ne contient que 8 Quibits, mais il est effectivement évolutif: son architecture vous permet d’augmenter le numéro de quibit sans élargir la puce. À tel point que nous parlons d’une perspective de 1 million de qubit dans une seule pucetandis que les ordinateurs quantiques actuels occupent des pièces entières pour atteindre seulement quelques dizaines de quibits logiques fonctionnels.
Les applications possibles de Majorana 1
Un ordinateur quantique avec 1 million de qubit pourrait révolutionner des secteurs entiersentre ici ceux mentionnés ci-dessous.
- Chimie et science des matériaux: Conception de nouveaux matériaux auto-pertinents pour les bâtiments et les appareils électroniques.
- Durabilité environnementale: Développement de catalyseurs pour la décomposition des microplastiques et des alternatives écologiques aux matériaux polluants.
- Agriculture et biotechnologie: Optimisation des enzymes pour améliorer la fertilité des sols et le rendement des cultures.
- Intelligence artificielle: Amélioration des algorithmes d’apprentissage automatique grâce à des simulations avancées impossibles pour le supercalculateur actuel.
En ce qui concerne l’utilité d’un tel système, Microsoft a commenté:
Tous les ordinateurs actuellement opérationnels dans le monde, réunis, ne peuvent pas faire ce qu’un ordinateur quantique d’un million de qubit pourra faire. Cela signifie que tout ce qui nécessite aujourd’hui des années de grandes expériences et de ressources pourrait être résolu rapidement et efficacement grâce à la puissance de l’informatique quantique.
Après 17 longues années de rechercheMicrosoft a finalement présenté un processeur qui pourrait rendre le calcul quantique vraiment pratique et évolutif. Le projet a été validé par une publication sur le prestigieux magazine Nature et a reçu l’attention du Cavalier (Agence de projets de recherche avancée de la défense), qui l’a sélectionné pour la phase finale d’un programme – appelé US2QC – visant à créer une tolérance à l’ordinateur quantique des erreurs.