Microsoft ha presentat Majorana 1, el primer xip quàntic del món impulsat per una nova arquitectura de nucli topològic. Amb ella s'espera donar lloc a ordinadors quàntics comercials capaços de resoldre problemes complexos en anys en lloc de dècades. Per a això, fa servir el primer talp conductor del món, un tipus de material innovador que pot observar i controlar partícules de Majorana per produir cúbits -components bàsics dels computadors quàntics-, més fiables i escalables.

De la mateixa manera que la invenció dels semiconductors va fer possible els telèfons intel·ligents, els ordinadors i, en definitiva, tota l'electrònica que ens envolta avui, els topo conductors i el nou tipus de xip ofereixen un camí per desenvolupar sistemes quàntics que poden escalar a un milió de cúbits. Gràcies a això, seran capaços d'abordar els problemes més complexos del nostre món. "Vam fer un pas enrere i vam dir: D'acord, inventem el transistor per a l'era quàntica. Quines propietats ha de tenir?", indica Chetan Nayak, tècnic de Microsoft. "I així és com realment arribem aquí: és la combinació particular, la qualitat i els detalls importants en la nostra nova estructura de materials el que ha permès un nou tipus de cúbit i, en última instància, tota la nostra arquitectura".

Aquesta nova arquitectura utilitzada per desenvolupar el processador Majorana 1 ofereix un camí clar per implementar un milió de cúbits en un sol xip que pot cabre al palmell de la mà. Aquest és un pas necessari perquè els ordinadors quàntics ofereixin solucions que, de veritat, transformin el nostre món, com la descomposició dels microplàstics en subproductes inofensius o la invenció de materials autoreparables per a la construcció, la indústria o la sanitat. Tots els ordinadors del món junts no poden fer el que aconseguiria un ordinador quàntic d'un milió de cúbits.

"El que sigui que estiguis fent en l'espai quàntic ha d'apuntar a arribar un milió de cúbits. Si no és així, xocaràs contra un mur abans d'arribar a l'escala en la qual puguis resoldre els problemes realment importants que ens motiven. Nosaltres hem traçat aquest camí cap al milió", diu Nayak. El talp conductor, o superconductor topològic, és una categoria especial de material que pot crear un estat completament nou de la matèria. No un estat sòlid, líquid o gasós, sinó un estat topològic. Això s'aprofita per produir un cúbit més estable que és ràpid, petit i pot controlar-se digitalment, sense els inconvenients que requereixen les alternatives actuals. Un nou article publicat dimecres a Nature descriu com els investigadors de Microsoft van poder crear les exòtiques propietats quàntiques del cúbit topològic i també mesurar-les amb precisió, un pas essencial per a la computació pràctica.

Il·lustració sobre un nou estat de la matèria

Aquest avenç va exigir el desenvolupament d'una estructura de materials totalment nova feta d'arseniur, d'indi i alumini, gran part de la qual va ser dissenyada i fabricat àtom a àtom per Microsoft. L'objectiu era crear noves partícules quàntiques anomenades Majoranas i aprofitar les seves propietats úniques per assolir el següent horitzó de la informàtica quàntica. El primer nucli topològic del món que alimenta el Majorana 1 és fiable per disseny, incorporant tolerància a errors al maquinari, la qual cosa ho fa més estable.

Les aplicacions amb finalitats comercials també requeriran bilions d'operacions en un milió de cúbits, la qual cosa seria prohibitiu amb els enfocaments actuals, que es basen en un precís control analògic de cada cúbit. El nou enfocament de mesurament de l'equip de Microsoft permet controlar els cúbits digitalment, redefinint i simplificant enormement el funcionament de la computació quàntica. Aquest progrés valida l'elecció de Microsoft fa anys de perseguir un disseny de cúbit topològic, un desafiament científic i d'enginyeria d'alt risc i recompensa que ara està donant els seus fruits. Avui, la companyia ha col·locat vuit cúbits topològics en un xip dissenyat per a escalar a un milió.