Σε μια ανακοίνωση που αλλάζει τον οδικό χάρτη της Microsoft και της πληροφορικής, η εταιρεία αποκάλυψε τον Majorana 2, τον επόμενης γενιάς τοπολογικό κβαντικό επεξεργαστή της, στο πλαίσιο του φετινού Build.
Μετά από δύο δεκαετίες επίμονης επιστημονικής έρευνας, η εταιρεία επιβεβαιώνει τη θεωρητική της προσέγγιση και, παράλληλα, καταγράφει μια βελτίωση 1.000 φορών στην αξιοπιστία των qubits σε σχέση με το περσινό Majorana 1.
Η Microsoft περιγράφει με μια παρομοίωση το μέγεθος του άλματος: είναι σαν να εφευρίσκεις μια μπαταρία τηλεφώνου που, αντί να διαρκεί μία ημέρα, κρατάει σχεδόν τρία χρόνια με μία μόνο φόρτιση.
Το μεγαλύτερο εμπόδιο στην ανάπτυξη πρακτικών κβαντικών υπολογιστών ήταν ανέκαθεν η ακραία αστάθεια των qubits, τα οποία καταστρέφονται από τον περιβαλλοντικό θόρυβο ή τη θερμοκρασιακή μεταβολή. Η Microsoft επέλεξε έναν δύσκολο επιστημονικό δρόμο: τα τοπολογικά qubits. Η θεμελιώδης αρχή της τοπολογικής προσέγγισης υπαγορεύει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το «τοπολογικό χάσμα» (topological gap), τόσο πιο ανθεκτικό γίνεται το qubit.
Η ιδέα του μολύβδου
Για να το επιτύχει αυτό, η ερευνητική ομάδα της Microsoft προχώρησε σε μια ριζοσπαστική κίνηση: αντικατέστησε το αλουμίνιο (Al), το οποίο αποτελεί το βιομηχανικό πρότυπο για τους περισσότερους υπεραγωγούς, με μόλυβδο (Pb). Ο μόλυβδος, αν και διαθέτει πολύ μεγαλύτερο ενεργειακό χάσμα, θεωρούνταν από την επιστημονική κοινότητα ένα υλικό υπερβολικά δύσκολο και «ιδιότροπο» στην κατεργασία, με πολλούς να αποφεύγουν τη χρήση του.
Ο μόλυβδος ως υπεραγωγός έχει μεγαλύτερο «topological gap» — ουσιαστικά μια «ασπίδα» που προστατεύει το qubit από τυχαία σφάλματα. Αποτέλεσμα: τα qubits σταματούν πλέον να καταστρέφονται γρήγορα από εξωτερικές διαταράξεις, κάτι που ήταν το κεντρικό εμπόδιο για πρακτική χρήση.
Η επιμονή της Microsoft απέδωσε καρπούς. Αναπτύσσοντας νέες τεχνικές νανοκατασκευής και ανάπτυξης κρυστάλλων, δημιούργησε μια νέα στοίβα υλικών (material stack), τοποθετώντας τον μόλυβδο πάνω από ένα σύνθετο κβαντικό πηγάδι Αρσενικούχου Ινδίου (InAs) και Αρσενιούχου Αντιμονιούχου Ινδίου (InAsSb). Το αποτέλεσμα ήταν ο υπερδιπλασιασμός του τοπολογικού χάσματος (από τα ~30 μeV στα ~70 μeV), προσφέροντας προστασία από τον θόρυβο αλλά και από τις κοσμικές ακτίνες.
Η Microsoft περιγράφει με μια παρομοίωση το μέγεθος του άλματος: είναι σαν να εφευρίσκεις μια μπαταρία τηλεφώνου που, αντί να διαρκεί μία ημέρα, κρατάει σχεδόν τρία χρόνια με μία μόνο φόρτιση.
Ο ρόλος του AI στη φυσική
Το Majorana 2 δεν σχεδιάστηκε αποκλειστικά από ανθρώπους. Η Microsoft χρησιμοποίησε το Microsoft Discovery, την agentic AI πλατφόρμα της εταιρείας, για να βοηθήσει στον σχεδιασμό του νέου υλικού, στη βελτιστοποίηση της κατασκευής και στην ανάλυση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων, κάτι που θα ήταν δύσκολο και χρονοβόρο για επιστήμονες να επεξεργαστούν μόνοι τους.
«Το agentic AI έχει διαπεράσει σχεδόν τα πάντα σε αυτό που κάνουμε», είπε ο Chetan Nayak, Technical Fellow και Γενικός Διευθυντής Κβαντικού Υλικού στην ομάδα της Microsoft. «Έχει γίνει φυσικό κομμάτι της καθημερινής μας δουλειάς».
Η αυτοματοποίηση των μετρήσεων — μια διαδικασία που παλαιότερα απαιτούσε εβδομάδες χειρωνακτικής εργασίας — τώρα γίνεται από AI agents σε κλάσμα του χρόνου.
Μεγάλοι χρόνοι ζωής σε μέγεθος μικροσκοπίου
Τα νούμερα που συνοδεύουν τη δημοσίευση της επιστημονικής ομάδας στο arXiv είναι καταιγιστικά:
Μέσος χρόνος ζωής: Αγγίζει πλέον τα 20 δευτερόλεπτα, ενώ σε συγκεκριμένες δοκιμές ξεπέρασε ακόμη και το ένα λεπτό. Πρόκειται για μια τεράστια αναβάθμιση σε σχέση με το εύρος των 1-10 μικροδευτερολέπτων που ίσχυε μέχρι πέρυσι.
Ταχύτητα λειτουργιών: Οι κβαντικοί χειρισμοί εκτελούνται στην κλίμακα του μικροδευτερολέπτου (μs), πράγμα που σημαίνει ότι η διάρκεια ζωής του qubit είναι εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον χρόνο που απαιτείται για μια λειτουργία.
Κλίμακα «Goldilocks»: Τα qubits του Majorana 2 έχουν μέγεθος μόλις 1/100 του χιλιοστού. Αυτή η «χρυσή τομή» στοχεύει στη φιλοξενία 1 εκατομμυρίου qubits στην παλάμη ενός χεριού, αποφεύγοντας εγκαταστάσεις μεγάλου μεγέθους που θα απαιτούνταν για άλλες, πιο ογκώδεις τεχνολογίες ψύξης.
Το 2029 ως ορόσημο
Με βάση την πρόοδο του Majorana 2, η Microsoft ανακοίνωσε επιτάχυνση του roadmap της: ο πρώτος scalable, πρακτικά χρήσιμος κβαντικός υπολογιστής αναμένεται πλέον το 2029 – η εταιρεία κόβει το χρονοδιάγραμμά της στη μέση.
Ένας τέτοιος υπολογιστής θα μπορούσε να βοηθήσει στη λύση προβλημάτων που σήμερα είναι εξαιρετικά δύσκολα για κλασικούς υπολογιστές: ανακάλυψη νέων φαρμάκων, βελτιστοποίηση ενεργειακών δικτύων, προσομοίωση χημικών αντιδράσεων σε ατομικό επίπεδο.
Η κούρσα για τον κβαντικό υπολογισμό παραμένει ανοιχτή, αλλά η Microsoft, μία από τις δύο μόλις εταιρείες που έχουν προκριθεί στην τελική Φάση Γ (Phase C) του προγράμματος κβαντικής της DARPA, στοιχηματίζει ότι η αξιοπιστία βρίσκεται στο επίκεντρο και το Majorana 2 μπορεί να αποδειχθεί μια από τις σημαντικότερες προόδους της χρονιάς στον κλάδο.
