Microsoft hat eine neue Generation des topologischen Quantenchips Majorana 2 herausgebracht. Das Unternehmen gab letztes Jahr bekannt, dass ihm mit seinem ersten topologischen Quantenprozessor Majorana 1 ein entscheidender Durchbruch gelungen sei, doch die entsprechenden Behauptungen lösten sofort Zweifel und Debatten in der Physik-Community aus. Der dieses Mal vorgestellte Majorana 2 gilt als nächste Stufe der Roadmap. Microsoft gab an, sowohl am Materialsystem als auch an der Gerätestruktur umfangreiche Verbesserungen vorgenommen zu haben, um die Stabilität und Lebensdauer von Qubits zu verbessern.
Die grundlegende Informationseinheit im Quantencomputing ist ein Qubit, das einem binären Bit in einem klassischen Computer ähnelt, sich jedoch gleichzeitig in mehreren Überlagerungszuständen befinden kann. Theoretisch kann es die Effizienz bestimmter Arten von Computeraufgaben erheblich verbessern. Microsoft gab an, dass die Zuverlässigkeit der Qubits in Majorana 2 im Vergleich zur Vorgängergeneration um etwa das Tausendfache verbessert wurde. Dieser Indikator gilt als einer der wichtigsten Schwellenwerte für skalierbares und praktisches Quantencomputing.
Chetan Nayak, technischer Mitarbeiter und Corporate Vice President der Quantum Hardware Division von Microsoft, sagte, dass das Team zur Entwicklung von Majorana 2 den in Majorana 1 verwendeten Materialstapel rekonstruiert habe, mit dem Ziel, eine stabilere topologische Phase im Gerät zu erhalten. In der neuen Generation von Chips wurde das in Majorana 1 verwendete supraleitende Aluminiummaterial durch Blei ersetzt und der aktive Halbleiterbereich wurde durch eine Kombination aus Indiumarsenid und Indiumarsenidantimonid aufgewertet, um die gesamte Quantenleistung zu verbessern.
Nach der Aktualisierung des Materialsystems wurde die Qubit-Lebensdauer zu einer der von Microsoft angezeigten Schlüsseldaten. Auf dem aluminiumbasierten Majorana-1-Chip beträgt die Qubit-Lebensdauer nur 1 bis 12 Millisekunden; Auf Majorana 2 wird die Lebensdauer des Qubits auf mehr als 20 Sekunden verlängert, was die Stabilität um mehr als das Tausendfache verbessert. Laut Microsoft halten einige Qubits sogar länger als eine Minute, was das Unternehmen als ausreichend erachtet, um die nächste Entwicklungsstufe hin zum „praktischen Quantencomputing“ zu unterstützen.
Nayak sagte, dass Microsoft auf der Grundlage dieser Reihe „schneller Fortschritte“ die Gesamt-Roadmap für skalierbare, praktische Quantencomputer beschleunigt und „den angestrebten Zeitrahmen halbiert“. Das Unternehmen plant derzeit, bis 2029 einen fehlertoleranten Prototyp eines Quantencomputers auf Basis topologischer Qubits zu implementieren, in der Hoffnung, einige komplexe Probleme zu lösen, die außerhalb der Reichweite herkömmlicher Computer in Bereichen wie Chemie, Materialien und Klima liegen.
Bemerkenswert ist, dass Microsoft die bei der Entwicklung des Majorana-Chips intern verwendete Discovery-Anwendung erstmals auch nach außen geöffnet hat. Laut der offiziellen Einführung wird dieses Tool verwendet, um Arbeitsabläufe im „Agentenstil“ in wissenschaftlichen Forschungs- und Entwicklungsprojekten einzuführen, um Prozesse wie Materialdesign, Parametersuche und experimentelle Planung zu unterstützen. Derzeit steht Discovery Forschern auf GitHub offen und Benutzer können über ihr GitHub Copilot-Konto darauf zugreifen und es in ihre eigenen wissenschaftlichen Forschungsabläufe integrieren.