Microsoft fa un altro passo verso il supercomputer quantistico scalabile | Majorana 1

Durante Ignite 2017, Microsoft ha rivelato i progressi fatti sulla computazione quantistica, un nuovo approccio al sistema binario che conosciamo oggi, ma che potrebbe aprire scenari di sviluppo straordinari in futuro.

19 FEBBRAIO 2025 | Microsoft ha annunciato una grande novità nella realizzazione del suo supercomputer quantistico, sempre più vicino. Majorana 1 è il primo processore basato su superconduttori topologici realizzati con inedito stadio della materia in grado di ottenere 1 milione di qubit – trovate maggiori dettagli sull’argomento a questo indirizzo.

Microsoft presenta Majorana 1, il primo processore quantistico al mondo basato su qubit topologici. Questa innovazione rappresenta un punto di svolta nel quantum computing, rendendo possibile la costruzione di computer quantistici utili in anni e non decenni. Alla base di questa rivoluzione ci sono i superconduttori topologici, una nuova classe di materiali che permette di raggiungere uno stato della materia mai osservato prima, aprendo nuove possibilità per l’ingegneria e la scienza.

Di seguito i punti chiave dell’annuncio:

• Microsoft ha sviluppato i superconduttori topologici, ovvero una nuova classe di materiali capace di raggiungere uno stato della materia mai osservato prima, né solido, né liquido, né gassoso, ma “topologico”. Il materiale combina semiconduttori come l’arseniuro di indio con superconduttori come l’alluminio, progettati e fabbricati a livello atomico per ottenere nanofili superconduttivi topologici. Quando raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto e sottoposti a campi magnetici, questi materiali generano le Modalità Zero di Majorana (MZMs), particelle esotiche che immagazzinano informazioni quantistiche in modo protetto. Per quasi un secolo, queste particelle sono rimaste un concetto teorico presente nei libri di testo, ma Microsoft è riuscita a crearle e controllarle su richiesta, rendendole il fondamento dei suoi qubit topologici.
• Quantum chip: grazie ai superconduttori topologici, Microsoft ha progettato il processore Majorana 1, che rappresenta un’architettura completamente nuova per i sistemi quantistici. Questo chip è in grado di ospitare infatti fino a 1 milione di qubit su un singolo processore delle dimensioni del palmo di una mano. L’architettura del chip è stata pensata per semplificare il controllo e ridurre drasticamente il numero di qubit fisici necessari per eseguire calcoli affidabili, accelerando così il percorso verso applicazioni pratiche su larga scala.
• Topological Core: basandosi sul nuovo stato della materia introdotto dai superconduttori topologici, Microsoft ha creato un nucleo topologico che include 8 qubit topologici. Questi qubit sono significativamente più piccoli, veloci e stabili rispetto ai qubit tradizionali, occupando uno spazio di appena 1/100 di millimetro. La loro stabilità deriva dalla protezione hardware intrinseca offerta dalla struttura topologica, che li rende resistenti agli errori causati dall’ambiente esterno. Inoltre, i qubit topologici sono controllati digitalmente attraverso impulsi elettrici, eliminando la necessità di complessi segnali analogici e semplificando notevolmente la gestione di grandi quantità di qubit. Questa innovazione rende possibile un approccio al quantum computing basato su misurazioni, che non solo aumenta l’affidabilità, ma consente anche di implementare correzioni degli errori in modo più efficiente.

Questa tecnologia è stata validata da autorevoli riconoscimenti scientifici e istituzionali. Un articolo peer-reviewed pubblicato su Nature conferma la capacità di Microsoft di creare e misurare con precisione le proprietà esotiche dei qubit topologici, un passo essenziale verso la computazione pratica. Inoltre, la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) ha selezionato Microsoft per la fase finale del programma US2QC, che mira a sviluppare il primo computer quantistico tollerante agli errori su scala industriale.

L’impatto potenziale di un computer quantistico da un milione di qubit è straordinario. Potrebbe rivoluzionare settori come la chimica, la scienza dei materiali e l’agricoltura. Ad esempio, potrebbe consentire la creazione di materiali auto-riparanti per ponti o schermi di smartphone, catalizzatori per abbattere microplastiche o sviluppare alternative sostenibili, e persino ottimizzare enzimi per migliorare la fertilità del suolo o promuovere coltivazioni in climi estremi. Tutti i computer attualmente operativi nel mondo, messi insieme, non possono fare ciò che un computer quantistico da un milione di qubit sarà in grado di fare. Questo comporta che tutto ciò che oggi richiede anni di esperimenti e risorse ingenti potrebbe essere risolto in modo rapido ed efficiente grazie alla potenza del quantum computing.

Majorana 1 è parte di un ecosistema integrato che include elettronica di controllo, software avanzati e infrastrutture di raffreddamento estremo. Progettato per integrarsi nei data center Azure, rende la potenza quantistica accessibile tramite il cloud, aprendo nuove possibilità per aziende e ricercatori.

4 APRILE 2024 | Microsoft ha fatto sapere di essere pronta a raggiungere il livello 2 di implementazione quantistica, vale a dire passare a un livello di calcolo resiliente. Per ottenere questo risultato è riuscita a dimostrare la capacità di creare i qubit logici più affidabili di sempre – trovate maggiori dettagli sull’argomento a questo indirizzo.

Microsoft e Quantinuum hanno annunciato di aver dimostrato la capacità di creare i qubit logici più affidabili di sempre, con un tasso di errore 800 volte migliore di quello dei qubit fisici. Questa scoperta contribuirà a sbloccare il prossimo livello di elaborazione quantistica resiliente.

• Una delle sfide più importanti per il quantum computing è il rumore. Senza la gestione del rumore, un computer quantistico non può superare le capacità di un computer classico.
  • Microsoft e Quantinuum hanno dimostrato i qubit logici più affidabili, con un tasso di errore 800 volte migliore a quello dei qubit fisici. Le due aziende sono riuscite a creare quattro qubit logici altamente affidabili partendo da soli 30 qubit fisici.
  • Applicando il rivoluzionario sistema di virtualizzazione dei qubit di Microsoft, con diagnostica e correzione degli errori, all’hardware della trappola ionica di Quantinuum, si sono potuti eseguire più di 14.000 esperimenti individuali senza un solo errore non corretto.
  • Le funzionalità avanzate basate su questi qubit logici saranno disponibili in anteprima privata per i clienti di Azure Quantum Elements nei prossimi mesi.

• Questi progressi aiuteranno il mondo scientifico a superare l’attuale livello NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) e a passare al livello 2 di calcolo quantistico resiliente. Si tratta di un risultato importante per l’intero ecosistema quantistico.
  • Si tratta di una pietra miliare fondamentale nel percorso di Microsoft verso la costruzione di un sistema di supercalcolo ibrido in grado di trasformare la ricerca e l’innovazione in molti settori.
  • Questo traguardo è stato reso possibile grazie al progresso collettivo dell’hardware quantistico, della virtualizzazione e della correzione dei qubit e delle applicazioni ibride che sfruttano il meglio dell’intelligenza artificiale, del supercalcolo e delle capacità quantistiche.
  • Con un supercomputer ibrido alimentato da un centinaio di qubit logici affidabili, le aziende potrebbero riscontrare un vantaggio scientifico, mentre grazie all’utilizzo di un migliaio di qubit logici affidabili sarebbero in grado di ottenere un vantaggio commerciale.

22 GIUGNO 2023 | A cinque anni di distanza, Microsoft torna a parlare del suo super computer quantistico rivelando di aver appena raggiunto il primo importante step nella roadmap della sua realizzazione, che dovrebbe essere completata in circa dieci anni – trovate maggiori dettagli sull’argomento a questo indirizzo.

La tabella di marcia di Microsoft verso un supercomputer quantistico

Lo sblocco definitivo arriverà quando le organizzazioni saranno in grado di progettare con precisione nuovi prodotti chimici e materiali con un supercomputer quantistico. La nostra industria seguirà un percorso simile a quello seguito dai supercomputer classici nel XX secolo. Dai tubi a vuoto, ai transistor, ai circuiti integrati, i progressi nella tecnologia di base consentiranno scalabilità e impatto.

Man mano che progrediamo come settore, l’hardware quantistico rientrerà in una delle tre categorie di livelli di implementazione del calcolo quantistico :

• Livello 1 – Fondamentale: sistemi quantistici che funzionano su qubit fisici rumorosi, che includono tutti i computer Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) di oggi.
• Livello 2 – Resiliente: sistemi quantistici che operano su qubit logici affidabili.
• Livello 3 – Scala: supercomputer quantistici in grado di risolvere problemi di grande impatto che nemmeno i supercomputer più potenti sono in grado di risolvere.

Per raggiungere Scale, è necessaria una svolta fisica fondamentale. Microsoft ha raggiunto questa svolta e oggi ha presentato i dati sottoposti a revisione paritaria in una rivista dell’American Physical Society.

Ciò significa che Microsoft ha raggiunto il primo traguardo verso un supercomputer quantistico. Ora possiamo creare e controllare le quasiparticelle di Majorana. Con questo risultato, siamo sulla buona strada per progettare un nuovo qubit protetto da hardware. Con esso, possiamo quindi progettare qubit logici affidabili per raggiungere il livello di resilienza e quindi progredire per raggiungere la scala.

Il computer quantistico diventa reale

La vera novità è che Microsoft, non sta solo annunciando la creazione di computer quantistici nei propri laboratori, ma anche l’opportunità di accedervi tramite un simulatore su Azure per creare applicativi con uno speciale linguaggio di sviluppo supportato da Visual Studio. Maggiori dettagli e informazioni circa queste opportunità sono disponibili nell’indirizzo a fine articolo. Se non aveste idea di cosa sia un computer quantistico, ecco una breve spiegazione e un video:

Al posto dei convenzionali bit dei computer tradizionali – le unità d’informazione binaria, indicate convenzionalmente dalle cifre 0 e 1 e codificate dai due stati “aperto” e “chiuso” di un interruttore – nel computer quantistico si usano i qubit, gli elementi base dell’informazione quantistica, che sono codificati dallo stato quantistico in cui si trova una particella o un atomo. Questo amplia enormemente le possibilità di codifica delle informazioni, permettendo di affrontare problemi estremamente complessi.

Microsoft ha rilasciato il primo kit di sviluppo quantistico con supporto allo speciale linguaggio di sviluppo Q# e un simulatore locale di computer quantistico su Azure. Nel caso foste interessati, trovate maggiori dettagli e il link per il download a questo indirizzo.

Articolo di Windows Blog Italia

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