Microsoft Majorana 1: mitä osoitettiin ja mikä jäi avoimeksi

Microsoft esitteli helmikuussa 2025 Majorana 1:n, kokeellisen kvanttisirun, joka perustuu puolijohteen ja suprajohteen hybridirakenteisiin. Yhtiö kutsui sitä ensimmäiseksi topologisella ytimellä toimivaksi siruksi ja sanoi arkkitehtuurin voivan aikanaan mahduttaa jopa miljoona fyysistä kubittia yhdelle sirulle.

Julkistus oli merkittävä, mutta se ei ollut miljoonan kubitin kvanttitietokoneen esittely. Nature-lehdessä julkaistu koe osoitti nopean tavan mitata fermionipariteettia InAs–Al-laitteissa. Tutkijat totesivat itse, ettei mittaus yksin erota kiistattomasti topologisia Majorana-tiloja tavallisista Andreevin sidotuista tiloista.

Lähde: Microsoft

Mitä topologinen lähestymistapa tarkoittaa

Tavanomaiset kubitit ovat herkkiä kohinalle, lämmölle ja ohjauksen epätarkkuuksille. Topologisessa kvanttilaskennassa tietoa pyritään tallentamaan järjestelmän epäpaikallisiin ominaisuuksiin. Tavoitteena on, ettei pieni paikallinen häiriö muuta kubitin tilaa helposti.

Ajatus liittyy Majorana-nollamuotoihin, kiinteän aineen kollektiivisiin virityksiin, jotka käyttäytyvät matemaattisesti Ettore Majoranan ennustaman hiukkasen tavoin. Kyse ei ole alkeishiukkasen ensimmäisestä havainnosta. Kiinteän aineen laitteissa etsitään kvasihiukkasia, joiden odotetaan sijaitsevan sopivan topologisen suprajohtavan alueen päissä.

Lähde: Physical Review

Vuoden 2025 laitteessa puolijohde oli indiumarsenidia ja suprajohde alumiinia. Nanorakennetta säädetään lähellä absoluuttista nollapistettä magneettikentillä ja sähköstaattisilla porteilla. Topologisen energia-aukon osoittaminen on keskeistä, sillä juuri aukon pitäisi suojata päihin sitoutuneita tiloja.

Lähde: Microsoft

Lähde: Microsoft

Mitä Nature-tutkimuksessa mitattiin

Tässä arkkitehtuurissa kvantti-informaatio koodataan pariteettiin eli siihen, onko tarkasteltavassa johtimen osassa parillinen vai pariton määrä fermioneja. Lukemista varten kvanttipisteet kytketään suprajohtavaan nanolankaan. Tila muuttaa pisteiden kvanttikapasitanssia, ja muutos luetaan mikroaalloilla.

Lähde: Nature

Tutkimus raportoi enintään yhden femtofaradin kapasitanssisiirtymän, signaali-kohinasuhteen yksi optimaalisella 3,6 mikrosekunnin mittausajalla sekä yli yhden millisekunnin viipymäajan kahdessa havaitussa tilassa. Optimaalisen yksittäismittauksen luokitteluvirheen todennäköisyys oli yksi prosentti.

Lähde: Microsoft

Tulos koskee pariteetin lukemista, ei kokonaisen kvanttilaskennan virhetasoa. Julkaisu ei osoittanut täysin toimivaa loogista kubittia, kahdeksan kubitin lomittumista, käytännön virheenkorjausta eikä hyödyllistä algoritmia. Nature-artikkelin mukaan havainnoille on sekä topologisia että ei-topologisia tulkintoja.

Miksi tulkinnasta kiistellään

Andreevin sidotut tilat voivat jäljitellä useita Majorana-nollamuodoilta odotettuja sähkösignaaleja. Siksi tunnistus tarvitsee useita toisistaan riippumattomia kokeita; yksittäinen johtavuushuippu tai pariteettimittaus ei riitä.

Nature julkaisi kesäkuussa 2026 kriittisen analyysin kokeen taustalla olleesta kuljetusdatasta. Sen tekijän mukaan pariteettimittaukset tehtiin alueilla, joissa oli huomattavaa epäjärjestystä eikä kestävää suprajohtavaa energia-aukkoa, joten signaalit saattaisivat syntyä tavallisista mekanismeista. Microsoft vastasi keskusteluun, mutta erimielisyys merkitsee, että ilmaus ”todistettu topologinen kubitti” vaatii edelleen varovaisuutta ja riippumatonta toistoa.

Ehdotettu tetron-arkkitehtuuri

Microsoftin tiekartan perusyksikkö on tetron: kaksi rinnakkaista suprajohtavaa nanolankaa, neljä päätytilaa ja kvanttipisteet ohjausta ja lukua varten. Pariteettimittauksilla voitaisiin teoriassa tehdä punontaa vastaavia laskentaoperaatioita siirtämättä kvasihiukkasia fyysisesti.

Lähde: Microsoft

Vuonna 2025 kuvattu seuraava askel oli 4×2 tetronin ryhmä. Ensin oli tarkoitus osoittaa kahden kubitin lomittuminen ja mittauspohjaiset operaatiot, sitten virheiden havaitseminen kahdella loogisella kubitilla. Nämä olivat tiekartan tavoitteita, eivät Majorana 1:llä jo saavutettuja tuloksia.

Lähde: Microsoft

Miljoonan kubitin luku oli tiheys- ja skaalautuvuustavoite. Suuri prosessori tarvitsee lisäksi tasalaatuista valmistusta, kryogeenisen johdotuksen, ohjauselektroniikan, kalibroinnin, hyvän valmistussaannon ja virheenkorjauskoodit. Fyysisten kubittien määrä ei muutu sellaisenaan yhtä suureksi määräksi luotettavia loogisia kubitteja.

Myöhempi kehitys: Majorana 2

Microsoft julkisti kesäkuussa 2026 Majorana 2:n. Alumiini korvattiin lyijyllä, ja uusi materiaalipino käyttää InAs–InAsSb-rakennetta. Ryhmä raportoi esijulkaisussa pariteetin keskimääräiseksi eliniäksi noin 20 sekuntia ja yksittäisissä tapauksissa yli minuutin, kun edellinen sukupolvi ylsi millisekunteihin. Yhtiö siirsi skaalautuvan järjestelmän tavoiteajan vuoteen 2029.

Mittaukset ovat merkittävä parannus vakauteen, mutta julkistushetkellä näyttö koostui esijulkaisusta ja yhtiön omista väitteistä. Se ei vielä ollut riippumaton osoitus vikasietoisesta järjestelmästä tai kaupallisesti hyödyllisestä kvanttitietokoneesta.

Mahdolliset sovellukset ja käytännön rajat

Kemia ja materiaalit

Riittävän suuri ja vähän virheitä tekevä looginen kvanttitietokone voisi simuloida joitakin molekyylejä, katalyyttejä ja kvanttimateriaaleja, jotka ovat vaikeita klassisille menetelmille. Mahdollisia kohteita ovat akut, katalyysit, lääkkeet ja uudet materiaalit.

Ei ole osoitettu, että jokainen tällainen tehtävä ratkeaisi miljoonia tai biljoonia kertoja nopeammin. Hyöty riippuu algoritmista, ongelman koosta, virheenkorjauksen kustannuksesta ja parhaasta käytettävissä olevasta klassisesta laskennasta. Laboratoriokokeita tarvitaan edelleen laskennallisten ennusteiden vahvistamiseen.

Salaus ja puolustus

Shorin algoritmi voisi riittävän suurella vikasietoisella koneella uhata laajasti käytettyjä julkisen avaimen menetelmiä, kuten RSA:ta ja elliptisiä käyriä. Se ei riko kaikkea salausta: symmetrisiin menetelmiin ja tiivisteisiin vaikutus on erilainen, avainpituuksia voidaan kasvattaa ja kvanttiturvallisia standardeja otetaan käyttöön.

DARPA valitsi helmikuussa 2025 Microsoftin ja PsiQuantumin neuvotteluihin US2QC-ohjelman viimeisestä vaiheesta. Vaiheessa on tarkoitus testata valtion asiantuntijoiden avulla komponentteja, prototyyppejä ja järjestelmäsuunnitelmia sekä arvioida, voidaanko vuoteen 2033 mennessä rakentaa kustannuksensa ylittävää laskenta-arvoa tuottava kone. Valinta arviointiin ei tarkoita, että tavoite olisi jo saavutettu.

Microsoft sijoituskohteena

Microsoft on edelleen ennen kaikkea ohjelmisto-, pilvi- ja digipalveluyhtiö. Windows, Microsoft 365, Azure, Teams, LinkedIn, GitHub ja Xbox tuottavat paljon enemmän liikevaihtoa kuin kokeellinen kvanttilaitteisto. Azure Quantum tarjoaa pääsyn eri valmistajien laitteisiin ja hybridilaskentaan riippumatta siitä, onnistuuko topologinen lähestymistapa.

(MSFT )

Lähde: Statista

Pilvimarkkinoiden osuusluvut muuttuvat neljännesvuosittain ja riippuvat markkinan määritelmästä. Vanhaa kuvaajaa ei pidä käyttää pysyvänä näyttönä Azuren tietystä osuudesta tai sen suhteesta valittujen kilpailijoiden yhteenlaskettuun osuuteen.

Lähde: Microsoft

Yhtiö käyttää tekoälyä myös tieteessä, esimerkiksi materiaaliehdokkaiden seulonnassa. Miljoonien lähtövaihtoehtojen rajaaminen pienempään joukkoon on laskennallista esikarsintaa. Se ei merkitse satojen käyttövalmiiden materiaalien löytymistä ilman synteesiä ja laboratoriovarmennusta.

Lähde: Microsoft

Lähde: Microsoft

Sijoittajalle Majorana on suuren yhtiön sisällä oleva korkean riskin tutkimusoptio, ei osoitettu lähiajan tulonlähde. Keskeisiä riskejä ovat tulosten toistettavuus, valmistus ja skaalaus, kilpailevat kubittiteknologiat, pitkät kehitysjaksot sekä epävarma taloudellinen hyöty.

Johtopäätös

Majorana 1 osoitti pienellä luokitteluvirheellä toimivan pariteetin lukutekniikan ja esitti kunnianhimoisen tiekartan topologisille kubiteille. Se ei yksin todistanut Majorana-nollamuotojen olemassaoloa, toimivaa kahdeksan kubitin prosessoria eikä skaalausta miljoonaan kubittiin.

Majorana 2 paransi Microsoftin ja esijulkaisun mukaan pariteetin elinikää huomattavasti, mutta kiista topologisesta tulkinnasta jatkuu. Seuraavia ratkaisevia näyttöjä ovat riippumaton toisto, lomittuminen, toistuvat operaatiot, virheenkorjatut loogiset kubitit ja hyödyllisen laskennan osoittaminen.

Keskeinen tutkimus: Microsoft Azure Quantum ja kumppanit, Nature 638, 651–655 (2025), DOI 10.1038/s41586-024-08445-2.