Dankzij een geheel nieuwe ’transistor voor het quantum-tijdperk’ denkt Microsoft dat quantum computing niet nog decennia, maar slechts enkele jaren op zich laat wachten. Majorana 1 luidt de naam van deze chip op basis van een “Topological Core”-architectuur. Wat houdt het in en waarom is Microsoft zo enthousiast?
Microsoft presenteert met de Majorana 1 eigenlijk twee zaken tegelijk. Allereerst de topoconductor, een nieuw soort kunstmatig materiaal. Daarnaast is Microsoft’s jongste chip een proof-of-concept dat de topoconductor ook echt nuttig kan zijn voor berekeningen. Feitelijk draait de aankondiging van Majorana 1 vooral om de belofte dat de techreus uit Redmond een pad naar een miljoen betrouwbare qubits heeft gevonden.
Betrouwbare qubits
Meerdere techbedrijven melden dat ze een groot aantal qubits hebben samengestopt in een chip. Dat klinkt op voorhand imposant, aangezien het de bouwstenen zijn voor een razendsnelle quantumcomputer. Een dergelijk systeem voert berekeningen uit in een mum van tijd waar alle huidige rekenkracht op aarde niet toe in staat is. Voorbeelden van dit geleidelijk opschalen van qubits zijn er genoeg: neem Willow van Google, de snelste quantumchip ooit. Ook IBM is al jaren bezig met steeds grotere qubit-aantallen op een enkele processor.
Echter lopen ze tegen een probleem aan: de qubit is uiterst onbetrouwbaar. Allerlei externe factoren kunnen de informatie uit een qubit verzieken. Daarom is het stapelen van qubits niet genoeg; dat is slechts één doorbraak. De andere draait om stabiele en meetbare qubits, en dat is wat Microsoft denkt te hebben gerealiseerd.
Van acht naar een miljoen
De Majorana 1 bevat acht qubits, elk gemaakt van vier ‘Majorana’s’, de nieuwe exotische deeltjes die Microsoft al twintig jaar heeft proberen te maken. Ze ontstaan alleen door een perfecte mengelmoes van magnetische velden en supergeleiders, mogelijk gemaakt door indiumarsenide en aluminium. Majorana’s verbergen echter hun quantum-informatie, waardoor er alleen via speciale microgolven een meetbaar resultaat ontstaat. Daarnaast bevinden ze zich in een zogeheten topologische staat, enkel mogelijk in de quantumwereld en dus radicaal anders dan gas, vloeistof of solide materie.
Waar het wat conventioneler wordt, is de aansturing van de qubits. Ze zijn in de Majorana 1 aan en uit te zetten met het in- en uitschakelen van voltage naar de qubit in kwestie, niet anders dan bij een normale transistor. Dit is waarom Microsoft suggereert dat het met deze Topological Core-architectuur een pad naar een miljoen qubits heeft gevonden: je moet ze alleen nog zien op te schalen, net als bij het aantal cores op een normale chip.
Majorana 1: bekend en exotisch
De verdere uitleg van Microsoft laat de Majorana 1 klinken als een exotische, doch soms vrij herkenbare processor. We noemden al de voltage-impulsen die de chip reguleren. Daarnaast is het via software mogelijk om hybride applicaties te bouwen, waarin quantum slechts een stukje van de gehele computatie voor eigen rekening neemt.
Waar het juist weer exotisch wordt, is als men kijkt naar de benodigde componenten. Zo bevat de Majorana 1 een “verdunningskoelkast” (dilution refrigerator) om de qubits op de gewenste, zeer lage temperatuur te houden. Vermoedelijk gaan we meer horen over deze koelkast als de quantumtoekomst werkelijk het quantumheden wordt.
Twintig jaar wachten, en nu nog een paar jaar erbij
Microsoft heeft bijna twintig jaar geleden ingezet op de ontwikkeling van de topoconductor. Nu het dit heeft verwezenlijkt in een functionele processor (en voorzien van peer-reviewed wetenschap), is het nog niet klaar. Samen met PsiQuantum, dat tevens de ‘eerste nuttige quantumcomputer ter wereld’ wil bouwen, is het toegetreden tot een DARPA-programma om te testen hoe dichtbij quantum computing werkelijk is.
De Majorana 1 is ongetwijfeld een imposante prestatie. Het heeft zelfs al praktisch nut, want developers kunnen ermee testen via Azure Quantum. Toch geeft Microsoft toe dat er nog werk aan de winkel is. Zo weet men niet of er al de optimale keuzes gemaakt zijn qua materialen. Hoe komt Microsoft erachter wat wel de beste opties zijn? Met een quantumcomputer. Juist, zo belanden we bij een kip-en-ei probleem. Veel doorbraken die het nog wil maken, zijn alleen te realiseren met een opvolger van de Majorana 1.