Majorana 1, il nuovo chip quantistico di Microsoft, che omaggia il matematico italiano

Microsoft Majorana 1 è il primo chip quantistico al mondo alimentato da una nuova architettura denominata Topological Core. Questo straordinario progresso è nato per realizzare computer quantistici capaci di risolvere problemi industriali su larga scala, non in decenni, ma in tempi brevi.

Microsoft Majorana 1: la rivoluzione dei topoconduttori

Alla base del Majorana 1 c’è l’innovativo topoconductore, un nuovo tipo di materiale capace di osservare e controllare le particelle  per produrre qubit più affidabili e scalabili. I qubit, come sappiamo, sono i mattoncini fondamentali dei computer quantistici.

Nel contesto quantistico, i topoconduttori e il nuovo tipo di chip che permettono di sviluppare offrono una strada per creare sistemi quantistici che possono scalare fino a un milione di qubit. Questo è essenziale per affrontare i problemi più complessi del mondo industriale e sociale che nessun computer attuale, per quanto potente, potrebbe risolvere.

L’Invenzione del transistor quantistico

Secondo Chetan Nayak, technical fellow di Microsoft, la domanda chiave che ha guidato l’innovazione è stata: “Quali proprietà deve avere il transistor per l’era quantistica?”. La risposta a questa domanda ha portato alla combinazione particolare di materiali di alta qualità che hanno permesso la creazione dei qubit topologici e, in ultima analisi, dell’intera architettura del Majorana 1

Il Majorana 1 offre un percorso chiaro per inserire un milione di qubit su un singolo chip delle dimensioni del palmo di una mano, una soglia necessaria affinché i computer quantistici possano fornire soluzioni trasformative nel mondo reale. Immaginate di poter rompere i microplastici in sottoprodotti innocui o di inventare materiali auto-riparanti per costruzioni, produzione e sanità con un computer quantistico così potente.

 L’eredità del matematico italiano Ettore Majorana

Il nome del nuovo chip quantistico di Microsoft rende omaggio al matematico e fisico italiano Ettore Majorana, famoso per la teoria delle particelle che portano il suo nome. Le particelle di Majorana sono particolari in quanto non esistono in natura e possono essere create solo in condizioni particolari con campi magnetici e superconduttori, un’impresa che Microsoft è riuscita a compiere e confermare tramite una pubblicazione recentissima su Nature.

Microsoft Majorana 1: la collaborazione con DARPA

Un aspetto interessante di questo sviluppo è il coinvolgimento di DARPA, l’agenzia statunitense per la ricerca avanzata nella difesa. Microsoft è ora una delle due aziende invitate a partecipare alla fase finale del programma di DARPA per la creazione di un computer quantistico tollerante agli errori su scala utilitaria. Questo rappresenta un riconoscimento significativo del potenziale delle tecnologie quantistiche sviluppate da Microsoft.

 Il futuro di Majorana 1

Il Majorana 1 di Microsoft rappresenta una svolta non solo per la tecnologia quantistica ma per il mondo intero. Con la capacità di eseguire operazioni su larga scala e di risolvere problemi che oggi sembrano insormontabili, questo chip potrebbe ridefinire il nostro approccio alla tecnologia e al problem-solving in molti settori cruciali come la chimica, la scienza dei materiali e persino l’agricoltura sostenibile.

L’intersezione tra intelligenza artificiale e computing quantistico, abilitate da piattaforme come Azure Quantum, promette di spingere avanti la scoperta scientifica e l’innovazione con un ritmo senza precedenti. Il futuro del computing è qui e si chiama Majorana 1.

Cos’è un qbit

Un qbit (o bit quantistico) è l’unità fondamentale dell’informazione nei computer quantistici, ed è molto diverso dal classico bit che può essere solo 0 o 1. Ecco come funziona

1. Sovrapposizione:
   Un qbit può trovarsi in uno stato di sovrapposizione di 0 e 1 contemporaneamente. In termini matematici, il suo stato può essere rappresentato come:∣ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩dove α e β sono numeri complessi che rappresentano le ampiezze di probabilità (con la condizione ∣α∣2+∣β∣2=1| ovvero alpha|^2 + |\beta|^2 = 1). Questo significa che, prima di una misurazione, il qbit non è in uno stato definito 0 o 1, ma in entrambi allo stesso tempo.
2. Entanglement (Intreccio):
   Quando due o più qbit sono entangled, i loro stati diventano strettamente correlati in modo tale che lo stato di uno non può essere descritto indipendentemente dall’altro, anche se sono separati da grandi distanze. Questa proprietà permette di eseguire operazioni che coinvolgono simultaneamente più qbit, creando correlazioni che non hanno un equivalente classico.
3. Rappresentazione geometrica – La sfera di Bloch:
   Ogni stato di un qbit può essere visualizzato come un punto sulla sfera di Bloch. Questo aiuta a comprendere come le operazioni quantistiche agiscono sul qbit, cambiando la sua posizione sulla sfera e, di conseguenza, modificando lo stato di sovrapposizione.
4. Qbit e calcoli più complessi:
   Grazie alla sovrapposizione e all’entanglement, un sistema quantistico con nn qbit può rappresentare e manipolare simultaneamente 2n2^n stati diversi. Questo significa che, per certi tipi di problemi, un computer quantistico può esplorare molte soluzioni in parallelo, permettendo un’accelerazione esponenziale rispetto ai computer classici per alcune applicazioni, come la fattorizzazione di numeri grandi (algoritmo di Shor) o la ricerca in database non ordinati (algoritmo di Grover).

Il qbit permette di eseguire calcoli più complessi perché sfrutta fenomeni della meccanica quantistica che non hanno corrispettivi nel mondo classico. Queste proprietà aprono la porta a nuove possibilità nel calcolo, rendendo possibile risolvere problemi che, con le tecnologie tradizionali, richiederebbero tempi di calcolo impraticabili.