La puce quantique Majorana 1 de Microsoft manque de quelques qubits

Il n'y a pas encore de feuille de route pour montrer que Microsoft peut adapter sa puce au million de qubits topologiques nécessaires à la fabrication d'un ordinateur quantique fonctionnel.

Microsoft affirme que son Majorana 1 contient huit qubits topologiques et peut évoluer jusqu’à un million, bien que les détails sur la façon dont il évoluera soient rares.

Les scientifiques de l'informatique quantique de Microsoft ont annoncé qu'ils avaient enfin atteint un objectif de longue date de construire un « qubit topologique », l'équivalent d'un transistor pour les puces ordinaires, qui pourrait aider à faire progresser l'informatique quantique. 

Le qubit est l’élément fonctionnel d’une puce quantique, appelée Majorana 1, basée sur une particule exotique, un hybride de matière et d’antimatière découvert au cours des 20 dernières années.

« Majorana 1 marque un bond transformateur vers l’informatique quantique pratique », déclare Microsoft dans le billet de blog de Chetan Nayak, responsable du matériel quantique.

Cependant, les mises en garde suggèrent que vous devriez prendre la percée de Microsoft avec un gros grain de sel. 

D'une part, il y a un scepticisme quant à la véracité des affirmations de Microsoft, même avec un rapport très technique dans le magazine Nature de cette semaine par les chercheurs quantiques de Microsoft. 

De plus, le Majorana 1 n’est même pas un produit bêta en ce qui concerne l’informatique, peut-être même pas alpha. Il ne peut faire aucun travail utile tant qu’il n’est pas étendu d’une manière ou d’une autre avec beaucoup plus de qubits, ce que l’on appelle en termes techniques le « scaling » du dispositif.

Le qubit topologique est différent des autres dispositifs quantiques en raison de la façon dont il tire parti d’une percée particulière en science des matériaux.

Le « fermion de Majorana » est une particule qui a la propriété d’être à la fois matière et antimatière. La particule a existé en tant qu’hypothèse pendant des décennies jusqu’à ce que les chercheurs confirment son existence en 2012. Le nom de la puce Microsoft, Majorana 1, est un clin d’œil à l’importance de la particule.

Microsoft est unique parmi les chercheurs en informatique quantique en chassant les fermions comme la racine de leur entreprise de qubits. Microsoft affirme que le qubit topologique pourrait être beaucoup plus utile dans n’importe quel dispositif quantique ultime parce qu’il est, dans un sens, plus « numérique » que les autres machines quantiques. 

Toutes les approches quantiques doivent mesurer la sortie d’un qubit comme si elles mesuraient une variable continue comme un écoulement d’eau. Cependant, le qubit topologique alterne essentiellement entre deux états électriques, il est donc plus simple à mesurer, comme décrit dans un document technique séparé publié par l'équipe Microsoft sur le serveur de pré-impression arXiv. 

Ces éléments de l'approche de Microsoft sont principalement théoriques jusqu'à ce qu'ils soient prouvés. Et il y a des raisons de faire preuve de prudence car l’existence même d’un qubit topologique doit être déduite, plutôt que directement observée. 

Dans l’article technique de Nature, les scientifiques de Microsoft affirment avoir mesuré indirectement le qubit topologique à l’intérieur de Majorana 1, bien que certains scientifiques informés de l’appareil aient des doutes.

L’auteur principal, Morteza Aghaee, et des dizaines de collègues décrivent le Majorana 1 comme une puce informatique faite d’arséniure d’indium et d’aluminium. La puce est façonnée comme une collection de nanofils qui provoquent une réaction dans des points quantiques, conduisant au qubit topologique. 

La présence du qubit topologique est mesurée par un interféromètre, un appareil qui utilise l’intersection des faisceaux lumineux pour mesurer la « parité » du point quantique.

Cependant, le journaliste de Nature Davide Castelvecchi note dans un article de synthèse qu'Aghaee et son équipe prennent soin de souligner que les tests de leur interféromètre « ne prouvent pas, par eux-mêmes », qu'il y a les particules de Majorana nécessaires dans l'appareil. 

Et Castelvecchi cite un physicien, Steven Simon de l'Université d'Oxford, au Royaume-Uni, qui dit : « Il n'y a pas de slam dunk pour savoir immédiatement de l'expérience » que les qubits sont constitués d'états topologiques. 

Castelvecchi note également : « Certains chercheurs critiquent le choix de l'entreprise [Microsoft] d'annoncer publiquement la création d'un qubit sans publier de preuves détaillées. » 

Castelvecchi, qui a couvert la course quantique pendant de nombreuses années, note qu’une autre équipe de Microsoft a fait une affirmation similaire en 2021 sur les qubits topologiques et a dû se rétracter.

En fait, l'annonce de cette semaine intervient de nombreuses années après que Microsoft ait initialement prévu de faire la démonstration d'un qubit topologique. En 2018, dans le magazine Barron's, l'équipe quantique de Microsoft a déclaré au journal que la société aurait un qubit topologique prêt d'ici la fin de cette année-là. Dans un sens, la Majorana 1 a sept ans de retard.

Il ne s'agit pas tant d'une critique que d'un exemple de la façon dont le quantique en général, et la quête de Microsoft, en particulier, nécessitent beaucoup plus d'efforts que ce à quoi les gens s'attendent sur la base de ce qui se trouve dans un communiqué de presse.

Ce qui nous amène à la mise en garde la plus importante : Majorana 1 n’est pas une puce informatique. Il s’agit d’un prototype de puce informatique. 

Une autre chose que Microsoft a dit à Barron's en 2018 est qu'un ordinateur quantique fonctionnel n'était qu'à cinq ans. Cette prédiction s’est avérée trop optimiste.

L’article de presse de Microsoft sur la récente réalisation indique : « Aujourd’hui, la société a placé huit qubits topologiques sur une puce conçue pour s’adapter à un million. » 

Il est important de noter que vous avez besoin du million entier pour effectuer un calcul réel. Microsoft insiste sur le fait que l'objectif d'un million sera atteint « dans les années à venir, pas dans les décennies », mais on ne sait pas comment. 

L’article d’arXiv contient de nombreuses informations intéressantes sur l’extension de la puce Majorana d’un qubit à plusieurs qubits, mais il ne fait aucune prédiction sur les délais.

Qui peut dire que Microsoft ne produira pas une Majorana à l'échelle dans les années à venir ? Si les affirmations de Microsoft, jusqu'à présent, peuvent être rapidement étendues et validées, alors il y a des raisons d'espérer que les progrès seront rapides dans la mise à l'échelle. 

Cependant, en l’absence d’une feuille de route ou d’un calendrier explicite, Microsoft a le même défi que Google avec la puce quantique « Willow » qu’il a dévoilée en décembre : prouver qu’elle peut être passée de la science des qubits à un ordinateur fonctionnel.