Majorana 1 spiegato: il percorso verso un milione di qubit

CLARA MARANGONI

Majorana 1, perché Microsoft ha intitolato il chip quantistico al fisico italiano
Il futuro dei computer quantistici è strettamente collegato a Ettore Majorana

Due giorni fa, il 19 febbraio, Microsoft ha annunciato una novità che cambierà per sempre la storia della tecnologia: il primo chip quantistico al mondo, Majorana 1, il primo passo verso la realizzazione di computer quantistici dalle dimensioni sempre più ridotte.

Ma da dove deriva la scelta del nome? La risposta la si trova nella storia dello scienziato italiano Ettore Majorana.

Ettore Majorana, famoso quasi più per la sua misteriosa scomparsa avvenuta nel 1938 quando non aveva ancora compiuto 31 anni, è stato un fisico teorico siciliano nato nel 1906 che fece parte del gruppo di giovanissimi scienziati del Regio istituto fisico dell'Università di Roma noto come i Ragazzi di via Panisperna sotto la guida di Enrico Fermi che produsse studi nell'ambito della fisica nucleare di importanza storica monumentale che porteranno a quella che sarà la creazione della bomba nucleare.

Ettore Majorana (fonte: aif.it)

Enrico Fermi e i Ragazzi di via Panisperna (fonte: Mondadori Education)

Come mai Microsoft ha voluto dedicare il suo nuovo processore quantistico allo scienziato nostrano?
Proprio l'anno prima della sua scomparsa, nel 1937, Majorana scrisse l'articolo Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone in cui teorizzò l'esistenza di quelle particelle che prenderanno il nome di fermioni di Majorana, o quasi-particelle di Majorana, ovvero delle particelle fermioniche con la caratteristica distintiva di coincidere con la propria antiparticella.

Sono proprio i fermioni di Majorana che permettono la conduzione di elettricità all'interno del nuovo chip Microsoft. I fermioni, grazie alle loro proprietà fondamentali che rimangono inalterate nel tempo, offrono una soluzione al principale ostacolo nella realizzazione di un computer quantistico: la fragilità dei qubit, acronimo di quantum bit. Questi ultimi, infatti, possono facilmente perdere il loro stato quantistico (0 e 1 contemporaneamente) a causa di interferenze esterne o fluttuazioni ambientali, compromettendo il funzionamento del sistema. Un superconduttore topologico, oltre a condurre elettricità, è in grado di ospitare i fermioni di Majorana, particelle particolarmente stabili che risultano meno vulnerabili agli errori e al deterioramento delle informazioni. Questo approccio permette di migliorare sia le prestazioni del computer quantistico sia di ridurne le dimensioni, ottimizzandone l'efficienza complessiva.

Microsoft ha intrapreso una ricerca durata 17 anni per arrivare alla produzione di qubit topologici che utilizzano proprio le quasi-particelle di Majorana per effettuare i calcoli, permettendo così di realizzare il topoconduttore che sta alla base del chip Majorana 1.

Una scoperta e una innovazione affascinante che porterà il progresso tecnologico un passo più avanti nella storia.

Per approfondire tutte le novità inerenti Majorana 1, ecco il video dell'annuncio ufficiale e altri link utili:

La svolta di Microsoft nella creazione e nel controllo delle particelle Majorana rappresenta un cambiamento fondamentale nell'architettura del calcolo quantistico. A differenza dei qubit tradizionali che sono notoriamente fragili e suscettibili al rumore, i qubit topologici abilitati dalle particelle Majorana sono intrinsecamente più stabili e affidabili. Questa stabilità non avviene a scapito delle dimensioni o della velocità, un progresso fondamentale che supera le principali limitazioni che hanno frenato lo sviluppo del calcolo quantistico.

L'aspetto più rivoluzionario di questa tecnologia è la sua scalabilità senza precedenti. Mentre gli attuali computer quantistici lottano per mantenere la coerenza con decine o centinaia di qubit, l'architettura del core topologico di Majorana 1 può teoricamente supportare milioni di qubit su un singolo chip che sta nel palmo di una mano. Questo enorme potenziale di scalabilità è trasformativo perché supera la soglia necessaria per risolvere problemi computazionali precedentemente impossibili, in particolare in chimica e scienza dei materiali.

Le implicazioni per la scoperta scientifica sono sbalorditive. Come spiegato nel video, persino i nostri supercomputer classici più potenti possono modellare con precisione solo sistemi di 20-30 elettroni, mentre i problemi che coinvolgono 40-50 elettroni richiederebbero una potenza di calcolo maggiore di tutti i computer classici sulla Terra messi insieme. L'architettura Majorana 1 promette di rendere questi calcoli non solo possibili, ma pratici, consentendo simulazioni molecolari accurate che potrebbero rivoluzionare la scoperta di farmaci, la tecnologia delle batterie e l'ingegneria dei materiali.

Ciò che rende questo particolarmente significativo è che Microsoft è andata oltre la fisica teorica per arrivare all'implementazione pratica. Dopo 17 anni di ricerca, non solo hanno osservato la particella di Majorana a lungo teorizzata, ma hanno anche progettato con successo uno stato della materia completamente nuovo, il topoconduttore, in cui ogni atomo è posizionato appositamente per consentire il calcolo quantistico. Ciò rappresenta una svolta fondamentale nella nostra capacità di manipolare la materia a livello atomico per scopi computazionali.

L'integrazione di questa tecnologia quantistica con i sistemi di calcolo classici e di intelligenza artificiale potrebbe creare un nuovo paradigma nell'informatica. Piuttosto che semplici miglioramenti incrementali nella potenza di elaborazione, ciò rappresenta un salto qualitativo nella nostra capacità di simulare e comprendere la natura al suo livello più fondamentale. La capacità di eseguire calcoli precedentemente impossibili con elevata accuratezza potrebbe inaugurare una nuova era di scoperte scientifiche, segnando potenzialmente l'inizio di quella che Microsoft chiama "era quantistica", paragonabile a come la transizione dai tubi a vuoto ai transistor ha trasformato il XX secolo.