Majorana 1 της Microsoft: Τι απέδειξε και τι παραμένει αβέβαιο

Τον Φεβρουάριο του 2025 η Microsoft παρουσίασε το Majorana 1, ένα πειραματικό κβαντικό τσιπ που βασίζεται σε υβριδικές δομές ημιαγωγού και υπεραγωγού. Η εταιρεία το περιέγραψε ως το πρώτο τσιπ με «τοπολογικό πυρήνα» και υποστήριξε ότι η αρχιτεκτονική του θα μπορούσε κάποτε να χωρέσει έως ένα εκατομμύριο φυσικά qubit σε ένα τσιπ.

Η ανακοίνωση ήταν σημαντική, αλλά ο ισχυρισμός δεν ισοδυναμούσε με επίδειξη ενός κβαντικού υπολογιστή ενός εκατομμυρίου qubit. Το δημοσιευμένο πείραμα στο Nature έδειξε έναν γρήγορο τρόπο μέτρησης της αρτιότητας φερμιονίων σε συσκευές InAs–Al. Οι ίδιοι οι συγγραφείς ανέφεραν ότι η μέτρηση από μόνη της δεν διακρίνει αδιαμφισβήτητα τοπολογικές καταστάσεις Majorana από μη τοπολογικές καταστάσεις Andreev.

Πηγή: Microsoft

Τι είναι η τοπολογική προσέγγιση

Τα συνηθισμένα qubit είναι πολύ ευαίσθητα σε θόρυβο, θερμότητα και ατέλειες ελέγχου. Η τοπολογική κβαντική υπολογιστική επιχειρεί να αποθηκεύσει πληροφορία σε μη τοπικές ιδιότητες ενός συστήματος, ώστε μια μικρή τοπική διαταραχή να μην αλλάζει εύκολα την κατάσταση του qubit.

Η ιδέα συνδέεται με τις μηδενικές καταστάσεις Majorana, συλλογικές διεγέρσεις σε στερεά που συμπεριφέρονται μαθηματικά όπως το σωματίδιο που πρότεινε ο Ettore Majorana. Δεν πρόκειται για την πρώτη παρατήρηση ενός θεμελιώδους σωματιδίου Majorana. Στις συσκευές στερεάς κατάστασης οι ερευνητές αναζητούν οιονεί σωματίδια που εμφανίζονται στα άκρα μιας κατάλληλης τοπολογικής υπεραγώγιμης περιοχής.

Πηγή: Physical Review

Στη συσκευή του 2025, η Microsoft χρησιμοποίησε αρσενίδιο του ινδίου ως ημιαγωγό και αλουμίνιο ως υπεραγωγό. Η ψύξη κοντά στο απόλυτο μηδέν, οι μαγνητικοί τομείς και οι ηλεκτροστατικές πύλες ρυθμίζουν τη νανοδομή. Η ένδειξη ενός «τοπολογικού κενού» είναι βασική προϋπόθεση, επειδή το ενεργειακό κενό υποτίθεται ότι προστατεύει τις καταστάσεις στα άκρα.

Πηγή: Microsoft

Πηγή: Microsoft

Τι μέτρησε η δημοσίευση στο Nature

Η κβαντική πληροφορία σε αυτή την αρχιτεκτονική κωδικοποιείται στην αρτιότητα: αν το σχετικό τμήμα του σύρματος έχει άρτιο ή περιττό αριθμό φερμιονίων. Για την ανάγνωση, κβαντικές τελείες συνδέονται με το υπεραγώγιμο νανοσύρμα. Η κατάσταση μεταβάλλει την κβαντική χωρητικότητα των τελειών και αυτή η μεταβολή ανιχνεύεται με μικροκύματα.

Πηγή: Nature

Η εργασία ανέφερε μετατόπιση χωρητικότητας έως 1 femtofarad, λόγο σήματος προς θόρυβο ίσο με 1 σε βέλτιστο χρόνο μέτρησης 3,6 μικροδευτερολέπτων και χρόνο παραμονής στις δύο παρατηρούμενες καταστάσεις μεγαλύτερο από 1 χιλιοστό του δευτερολέπτου. Η πιθανότητα λανθασμένης ανάθεσης κατά τη βέλτιστη μέτρηση ήταν 1%.

Πηγή: Microsoft

Αυτά τα αποτελέσματα αφορούν την ανάγνωση αρτιότητας, όχι ποσοστό σφάλματος ενός ολοκληρωμένου κβαντικού υπολογισμού. Η εργασία δεν έδειξε έναν πλήρως λειτουργικό λογικό qubit, διεμπλοκή των οκτώ qubit, διόρθωση σφαλμάτων σε λειτουργία ούτε χρήσιμο αλγόριθμο. Το Nature τόνισε ότι τα δεδομένα μπορούν να ερμηνευθούν τόσο με τοπολογικούς όσο και με μη τοπολογικούς μηχανισμούς.

Γιατί υπήρξε επιστημονική διαφωνία

Οι μηδενικές καταστάσεις Andreev μπορούν να μιμηθούν αρκετά από τα ηλεκτρικά σήματα που αναμένονται από καταστάσεις Majorana. Γι’ αυτό η ανίχνευση απαιτεί πολλαπλές ανεξάρτητες δοκιμές και δεν αρκεί μία κορυφή αγωγιμότητας ή μία μέτρηση αρτιότητας.

Τον Ιούνιο του 2026 δημοσιεύτηκε στο Nature κριτική ανάλυση των υποκείμενων δεδομένων μεταφοράς. Ο συγγραφέας υποστήριξε ότι οι μετρήσεις αρτιότητας έγιναν σε περιοχές με σημαντική αταξία και χωρίς ανθεκτικό υπεραγώγιμο κενό, άρα τα σήματα θα μπορούσαν να προέρχονται από μη τοπολογικούς μηχανισμούς. Η Microsoft απάντησε στο επιστημονικό πλαίσιο της συζήτησης, αλλά η διαφωνία σημαίνει ότι ο χαρακτηρισμός «αποδεδειγμένο τοπολογικό qubit» χρειάζεται επιφύλαξη και ανεξάρτητη αναπαραγωγή.

Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική tetron

Το βασικό δομικό στοιχείο του οδικού χάρτη της Microsoft είναι το tetron: δύο παράλληλα υπεραγώγιμα νανοσύρματα με τέσσερις καταστάσεις στα άκρα και κβαντικές τελείες για έλεγχο και ανάγνωση. Οι μετρήσεις αρτιότητας θα μπορούσαν θεωρητικά να εκτελούν λειτουργίες που αντιστοιχούν σε πλέξη, χωρίς να μετακινούνται φυσικά τα οιονεί σωματίδια.

Πηγή: Microsoft

Το επόμενο βήμα που περιέγραφε η εταιρεία το 2025 ήταν μια διάταξη 4×2 tetrons: πρώτα επίδειξη διεμπλοκής και λειτουργιών μεταξύ δύο qubit και μετά ανίχνευση σφαλμάτων σε δύο λογικά qubit. Αυτά ήταν ορόσημα του οδικού χάρτη, όχι αποτελέσματα που είχε ήδη επιτύχει το Majorana 1.

Πηγή: Microsoft

Η δυνατότητα ενός εκατομμυρίου qubit ήταν στόχος πυκνότητας και κλιμάκωσης. Ένας μεγάλος επεξεργαστής θα απαιτούσε επίσης ομοιόμορφη κατασκευή, κρυογενική καλωδίωση, ηλεκτρονικά ελέγχου, βαθμονόμηση, υψηλή απόδοση παραγωγής και κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων. Ο αριθμός των φυσικών qubit δεν μεταφράζεται αυτόματα σε ισάριθμα αξιόπιστα λογικά qubit.

Μεταγενέστερη εξέλιξη: Majorana 2

Τον Ιούνιο του 2026 η Microsoft ανακοίνωσε το Majorana 2 και αντικατέστησε το αλουμίνιο με μόλυβδο σε νέα στοίβα υλικών InAs–InAsSb. Σε σχετικό προδημοσίευμα η ομάδα ανέφερε μέση διάρκεια ζωής αρτιότητας περίπου 20 δευτερολέπτων, με ορισμένες περιπτώσεις πάνω από ένα λεπτό, έναντι χιλιοστών του δευτερολέπτου στην προηγούμενη γενιά. Η εταιρεία μετέφερε τον στόχο για κλιμακώσιμο σύστημα στο 2029.

Οι μετρήσεις αυτές είναι σημαντική πρόοδος στη σταθερότητα, αλλά κατά την ανακοίνωση προέρχονταν από προδημοσίευμα και ισχυρισμούς της εταιρείας. Δεν αποτελούν ακόμη ανεξάρτητη απόδειξη ενός συστήματος ανοχής σφαλμάτων ή εμπορικά χρήσιμου κβαντικού υπολογιστή.

Πιθανές εφαρμογές και πραγματικά όρια

Χημεία και υλικά

Ένας κβαντικός υπολογιστής με αρκετά λογικά qubit και χαμηλό σφάλμα θα μπορούσε να προσομοιώνει ορισμένα μόρια, καταλύτες και κβαντικά υλικά που δυσκολεύουν τις κλασικές μεθόδους. Πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν μπαταρίες, καταλύτες, φάρμακα και υλικά με νέες ιδιότητες.

Δεν έχει αποδειχθεί ότι κάθε τέτοιο πρόβλημα θα λύνεται εκατομμύρια ή τρισεκατομμύρια φορές γρηγορότερα. Το όφελος εξαρτάται από τον αλγόριθμο, το μέγεθος του προβλήματος, το κόστος διόρθωσης σφαλμάτων και το καλύτερο διαθέσιμο κλασικό σύστημα. Τα πειράματα στο εργαστήριο θα συνεχίσουν να χρειάζονται για την επιβεβαίωση οποιασδήποτε υπολογιστικής πρόβλεψης.

Κρυπτογραφία και άμυνα

Ο αλγόριθμος Shor θα μπορούσε, σε έναν αρκετά μεγάλο υπολογιστή ανοχής σφαλμάτων, να απειλήσει ευρέως χρησιμοποιούμενα συστήματα δημόσιου κλειδιού όπως RSA και ελλειπτικές καμπύλες. Δεν «σπάει όλη την κρυπτογράφηση»: η συμμετρική κρυπτογραφία και οι συναρτήσεις κατακερματισμού επηρεάζονται διαφορετικά και μπορούν να χρησιμοποιήσουν μεγαλύτερα κλειδιά, ενώ αναπτύσσονται πρότυπα μετακβαντικής κρυπτογραφίας.

Τον Φεβρουάριο του 2025 η DARPA επέλεξε τη Microsoft και την PsiQuantum για διαπραγμάτευση σχετικά με το τελικό στάδιο του προγράμματος US2QC. Σκοπός είναι η κυβερνητική δοκιμή εξαρτημάτων, πρωτοτύπων και σχεδίων συστήματος, ώστε να αξιολογηθεί αν μπορεί να κατασκευαστεί έως το 2033 ένας υπολογιστής του οποίου η υπολογιστική αξία υπερβαίνει το κόστος. Η επιλογή για αξιολόγηση δεν πιστοποιεί ότι ο στόχος έχει ήδη επιτευχθεί.

Η Microsoft ως επένδυση

Η Microsoft παραμένει κυρίως εταιρεία λογισμικού, cloud και ψηφιακών υπηρεσιών. Τα Windows, Microsoft 365, Azure, Teams, LinkedIn, GitHub και Xbox δημιουργούν πολύ μεγαλύτερα έσοδα από το πειραματικό κβαντικό υλικό. Το Azure Quantum προσφέρει πρόσβαση σε υλικό διαφορετικών προμηθευτών και υβριδικές ροές εργασίας, ανεξάρτητα από το αν η τοπολογική προσέγγιση επιτύχει.

(MSFT )

Πηγή: Statista

Τα διαγράμματα μεριδίου cloud αλλάζουν ανά τρίμηνο και εξαρτώνται από τον ορισμό της αγοράς. Δεν πρέπει να χρησιμοποιούνται ως σταθερή απόδειξη ότι το Azure έχει συγκεκριμένο ποσοστό ή ισούται με το άθροισμα επιλεγμένων ανταγωνιστών.

Πηγή: Microsoft

Η εταιρεία επενδύει επίσης σε AI για επιστήμη, όπως μοντέλα που προτείνουν υποψήφια υλικά. Η μείωση εκατομμυρίων αρχικών υποψηφίων σε μικρότερο σύνολο είναι διαδικασία υπολογιστικού φιλτραρίσματος· δεν ισοδυναμεί με ανακάλυψη εκατοντάδων έτοιμων υλικών χωρίς σύνθεση και εργαστηριακή επιβεβαίωση.

Πηγή: Microsoft

Πηγή: Microsoft

Για έναν επενδυτή, το Majorana είναι ένα υψηλού κινδύνου ερευνητικό δικαίωμα προαίρεσης μέσα σε μια πολύ μεγαλύτερη εταιρεία, όχι τεκμηριωμένη βραχυπρόθεσμη πηγή κερδών. Οι βασικοί κίνδυνοι περιλαμβάνουν αποτυχία αναπαραγωγής, προβλήματα κατασκευής και κλιμάκωσης, ανταγωνιστικές τεχνολογίες qubit, μακροχρόνιους κύκλους ανάπτυξης και αβέβαιη οικονομική χρησιμότητα.

Συμπέρασμα

Το Majorana 1 έδειξε μια τεχνική ανάγνωσης αρτιότητας με χαμηλό σφάλμα ανάθεσης και παρουσίασε έναν φιλόδοξο οδικό χάρτη για τοπολογικά qubit. Δεν απέδειξε από μόνο του την ύπαρξη μηδενικών καταστάσεων Majorana, έναν λειτουργικό επεξεργαστή οκτώ qubit ή κλιμάκωση σε ένα εκατομμύριο qubit.

Το Majorana 2 πρόσθεσε πολύ μεγαλύτερους χρόνους ζωής αρτιότητας σύμφωνα με τη Microsoft και ένα προδημοσίευμα, ενώ η επιστημονική διαφωνία για την τοπολογική ερμηνεία παραμένει. Τα επόμενα ουσιαστικά κριτήρια είναι ανεξάρτητη αναπαραγωγή, διεμπλοκή, επαναλαμβανόμενες λειτουργίες, λογικά qubit με διόρθωση σφαλμάτων και επίδειξη χρήσιμου υπολογισμού.

Κύρια μελέτη: Microsoft Azure Quantum και συνεργάτες, Nature 638, 651–655 (2025), DOI 10.1038/s41586-024-08445-2.