Microsoft revela Majorana 1 — um processador quântico do futuro com uma partícula que os físicos ainda não descobriram

A Microsoft anunciou uma revolução na computação quântica. Os especialistas da empresa desenvolveram e implementaram em hardware um princípio completamente novo de qubits, que não havia sido implementado por ninguém antes. O processador quântico Majorana 1 é baseado em partículas hipotéticas chamadas férmions de Majorana. Curiosamente, esse desenvolvimento pode ser rastreado até raízes russas e até soviéticas.

Fonte da imagem: Microsoft

Antes de mais nada, vamos esclarecer que os férmions de Majorana existem apenas em teoria. Essas partículas ainda não foram detectadas em experimentos, e sua descoberta equivaleria a receber o Prêmio Nobel de Física. Por enquanto, esse é o sonho e o objetivo de muitos cientistas. Isso significa que a Microsoft enganou a todos? Sim e não. Nos últimos anos, os físicos aprenderam a criar quasipartículas com propriedades semelhantes às dos férmions de Majorana. Essas são nuvens de elétrons super-resfriados chamadas de “modos de energia zero”.

A ideia de um computador quântico baseado em férmions de Majorana foi desenvolvida na década de 1990 pelo físico soviético, russo e, mais tarde, americano Alexei Kitaev. Ele também ajudou a Microsoft a promover essa direção. Kitaev desenvolveu uma teoria explicando os métodos para obter tais quasipartículas. Elas são formadas na presença de um condutor topológico – um material que tem condutividade apenas na superfície. Para criar qubits baseados em férmions de Majorana, foi proposta uma junção de Josephson clássica modernizada – uma estrutura que consiste em dois supercondutores com um isolante entre eles. Entretanto, em vez de um segundo supercondutor, foi usado um material topológico.

No caso do processador quântico Majorana 1 da Microsoft, foi usada uma combinação de arsenieto de índio e fios de alumínio. Os qubits têm o formato da letra H, com um férmion de Majorana, representado por um grupo de elétrons, preso em cada extremidade. Este projeto promete fácil dimensionamento, semelhante à fabricação de transistores em cristais semicondutores. Atualmente, o processador Majorana 1 contém apenas oito desses qubits, mas a Microsoft planeja aumentar esse número para várias centenas até 2030 e, eventualmente, lançar um chip com milhões de qubits em apenas alguns anos, não décadas.

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A nova plataforma quântica da Microsoft requer resfriamento criogênico e interação com computadores clássicos para processar informações quânticas. Parece que não há nada de novo nisso. Um avanço foi o uso de materiais topológicos, os chamados topcondutores, bem como o trabalho com quasipartículas de férmions de Majorana. A Microsoft desenvolveu uma arquitetura que pode registrar as características de quasipartículas com a mais alta precisão (determinando um elétron em um milhão) e controlar seu estado.

Ainda não é possível dizer até que ponto as quasipartículas dos férmions de Majorana corresponderão totalmente às propriedades dos hipotéticos férmions de Majorana. Idealmente, essas partículas deveriam ser extremamente resistentes a influências externas e protegidas de erros — o principal problema das plataformas quânticas modernas. Se tudo correr conforme o plano da Microsoft, em meados da década de 2030 teremos um computador quântico universal e resistente a ruídos que revolucionará a computação complexa.