Microsoft invente un nouvel état de la matière pour la puce informatique quantique Majorana-1

Un nouvel état de la matière pour faire évoluer l'ordinateur quantique

Ces derniers mois ont été riches en événements en ce qui concerne les progrès de l'informatique quantique et les entreprises que nous avons couvertes dans "Les 5 meilleures entreprises d'informatique quantique de 2025".

Cela a commencé par Willow de Google en décembre 2024Il s'agit peut-être de la toute première puce quantique évolutive. Elle a ensuite été suivie par la nouvelle de le premier calcul quantique distribué sur une liaison de réseau optiqueCe qui ouvre la voie à la mise en réseau d'ordinateurs quantiques comme des ordinateurs normaux dans des serveurs dédiés.

C'est maintenant au tour de Microsoft de faire parler d'elle avec la présentation de Majorana 1, une puce utilisant un état de la matière entièrement nouveau pour effectuer de l'informatique quantique : les topoconducteurs.

Microsoft affirme que les topoconducteurs peuvent produire des qubits plus fiables et plus évolutifs, les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques.

Cette voie entièrement nouvelle pour l'informatique quantique change radicalement la manière dont Microsoft entend construire ses futurs ordinateurs quantiques, avec "une voie claire pour intégrer un million de qubits sur une seule puce pouvant tenir dans la paume de la main".

Qu'est-ce qu'un topoconducteur ?

Il semble que l'origine de cette percée provienne d'une nouvelle approche, visant à créer un transistor dédié à l'informatique quantique, allant au-delà de ce qui a été fait jusqu'à présent.

Nous avons pris du recul et nous nous sommes dit : "D'accord, inventons le transistor de l'ère quantique. Quelles propriétés doit-il avoir ?

C'est la combinaison particulière, la qualité et les détails importants de notre nouvelle pile de matériaux qui nous ont permis de créer un nouveau type de qubit et, en fin de compte, l'ensemble de notre architecture.

Chetan Nayak, collaborateur technique de Microsoft

Les supraconducteurs topologiques, décrits dans l'article correspondant publié dans Nature¹sous le titre "Mesure interférométrique de la parité à un coup dans des dispositifs hybrides InAs-Al"sont un état de la matière différent de celui, plus familier, de solide, liquide ou gazeux, ou même de ceux, plus exotiques, de plasma ou de condensat de Bose-Einstein.

L'état topologique n'a été que théorisé jusqu'à présent, d'abord par Ettore Majorana (1906-1938), mais il semble soudain qu'elle soit non seulement observable, mais même contrôlable. Cette Particule de Majorana (également appelé fermion de Majorana), une particule qui est sa propre antiparticule, a été observée par les chercheurs de Microsoft pour la première fois en 2024.

Les particules de Majorana sont similaires aux électrons d'une certaine manière et pourraient être utilisées pour préserver les données quantiques utiles à l'informatique quantique.

Ce succès ne s'est pas fait du jour au lendemain et est apparemment le résultat de plus de 17 ans de recherche, le plus long projet de recherche de Microsoft, et jusqu'à présent un secret très bien gardé.

Pour simplifier (beaucoup) les choses, un topoconducteur est un semi-conducteur qui partage certains de ses comportements aux niveaux atomique et subatomique avec les matériaux supraconducteurs.

Source : Microsoft

Ce résultat a été obtenu en fusionnant dans un fil l'arséniure d'indium (un semi-conducteur) et l'aluminium (un supraconducteur).

Source : Revue physique

Lorsqu'ils sont refroidis à une température proche du zéro absolu et accordés avec des champs magnétiques, ces dispositifs forment des nanofils supraconducteurs topologiques contenant des modes zéro de Majorana (MZM) à l'extrémité des fils.

Source : Microsoft

État quantique ultra-stable

Dans un supraconducteur "normal", tout électron non apparié peut être détecté car sa présence nécessite une énergie supplémentaire. Cela rend sa mesure simple, mais aussi très sensible au bruit et aux perturbations de l'environnement, ce qui rend tout calcul quantique difficile.

Les MZM sont radicalement différents, car un électron non apparié est partagé entre une paire de MZM, ce qui les rend invisibles à l'environnement. Cette propriété unique des particules de Majorana protège l'information quantique, la rendant ultra-stable et fiable.

Electrons invisibles

Bien entendu, si cette situation est idéale pour préserver l'état quantique dans un état stable et utile, elle rend également toute mesure réelle extrêmement difficile, ce qui explique pourquoi les particules de Majorana n'ont été théoriques que pendant un siècle jusqu'à une date très récente.

Si cela fait de nos topoconducteurs des candidats idéaux pour les qubits, cela représente également un défi : comment lire des informations quantiques qui sont si bien cachées ? Comment distinguer, par exemple, 1 000 000 000 et 1 000 000 001 électrons ?

La solution de Microsoft à ce problème s'appuie sur les points quantiques, un matériau unique dont nous avons parlé en détail dans "Investir dans les réalisations des prix Nobel - Points quantiques et nanocouleurs". Il s'agit d'un minuscule dispositif semi-conducteur capable de stocker une charge électrique.

Le point quantique est placé à l'extrémité du nanofil topologique. Cette connexion augmente la capacité du point à retenir la charge. L'augmentation exacte dépend de la parité du nanofil.

Source : Microsoft

Ainsi, en mesurant l'état des points quantiques, un processus bien connu utilisant les micro-ondes, le système peut également mesurer l'état quantique, autrement invisible, de la particule de Majorana.

Source : Nature

Non seulement la mesure est possible, mais elle est aussi extrêmement fiable, même avec un premier prototype, avant toute autre optimisation.

Nous avons conçu nos appareils de manière à ce que ces changements soient suffisamment importants pour être mesurés de manière fiable en une seule fois. Nos mesures initiales avaient une probabilité d'erreur de 1%, et nous avons identifié des pistes claires pour la réduire de manière significative.

Des Qubits ultra-fiables

Il modifie complètement l'approche de la mesure de l'état quantique utilisée dans l'informatique quantique.

Jusqu'à présent, cela nécessitait la rotation des états quantiques selon des angles précis, ce qui exigeait des signaux de contrôle analogiques complexes adaptés à chaque qubit. Cela rendait la correction d'erreur, reposant sur la même méthode, extrêmement complexe, coûteuse et globalement moins fiable.

Au lieu de cela, la méthode découverte par Microsoft peut simplement corriger les erreurs en connectant et déconnectant les points quantiques des nanofils, à l'aide d'une impulsion numérique.

Source : Microsoft

Si vous êtes intéressé, vous pouvez en savoir plus sur les détails de la mise au point des topoconducteurs dans cette longue interview avec Dr. Chetan Nayakle chef de file de ce projet de Microsoft.

Architecture intrinsèquement évolutive

Le système étant beaucoup plus simple en termes d'ingénierie, voire de physique des particules, et également plus fiable et plus stable, il est naturellement plus facile à mettre à l'échelle.

Le composant de base serait un "tétron", composé de 2 nanofils, de 4 MZM et de 4 points quantiques, créant ainsi un dispositif à 2 qubits.

Lorsqu'il est associé à un autre, il peut former un dispositif de base à deux qubits, ce qui permet de mettre en œuvre une méthode de calcul quantique appelée "calcul à deux qubits" (ou "calcul à deux qubits" en anglais).transformations de tressage basées sur des mesures".

Un réseau 4×2 de tetrons pourrait effectuer une détection d'erreur sur deux qubits logiques.

Source : Microsoft

Ce bloc pourrait ensuite être répliqué des dizaines, des centaines, voire des milliers ou des millions de fois pour construire un ordinateur quantique massif, bien plus grand que tout ce qui a été envisagé jusqu'à présent.

Il n'est peut-être pas surprenant que l'informatique quantique exige que nous créions un nouvel état de la matière spécialement conçu pour la mettre en œuvre.

Ce qui est remarquable, c'est la précision de notre technique de lecture, qui démontre que nous exploitons cet état exotique de la matière pour l'informatique quantique.

Vous pouvez voir à quoi ressemble la puce de Majorana à partir de ce rendu, en commençant par la particule de Majorana et en terminant par la puce entière tenue dans la main d'une personne.

Enfin, l'élément clé qui rend cette technologie particulièrement évolutive est la taille des composants physiques. Ainsi, plus d'un million de qubits physiques peuvent être insérés dans une petite puce qui tient dans la main.

Source : Microsoft

Poursuite de l'amélioration

Comme nous l'avons expliqué, même la probabilité d'erreur de 1% dans la mesure des points quantiques et du MZM peut être encore réduite. Les chercheurs de Microsoft ont déjà trouvé un moyen d'y parvenir.

Comme les erreurs de calcul s'additionnent les unes aux autres, une diminution de 10 fois le taux d'erreur pourrait augmenter beaucoup plus le potentiel de calcul utile final.

La stabilité globale de l'état quantique des particules de Majorana peut également être améliorée.

"L'énergie externe, telle que le rayonnement électromagnétique, peut briser les paires de Cooper, créant ainsi des électrons non appariés qui peuvent faire basculer l'état du qubit de la parité paire à la parité impaire. Cependant, nos résultats montrent que ce phénomène est rare et ne se produit qu'une fois par milliseconde en moyenne".

Le système mis au point par Microsoft a fait preuve d'une stabilité impressionnante, ce qui indique que le blindage remplit déjà bien sa fonction. Toutefois, il existe probablement d'autres moyens de réduire davantage les interférences, qui font également l'objet d'une étude.

Accélérer la révolution de l'informatique quantique

La prochaine étape pour Microsoft consiste à construire le réseau de tétons 4×2 au-delà du prototype initial et à le tester à grande échelle.

Puis utiliser l'ensemble du réseau de huit qubits pour mettre en œuvre la détection quantique d'erreurs (QEC) sur deux qubits logiques.

Les qubits topologiques étant dotés d'une protection intégrée contre les erreurs, ils simplifient grandement la CQE. En outre, Microsoft affirme que ses codes QEC personnalisés réduire les frais généraux d'environ 10 fois par rapport à l'approche précédente de l'état de l'art.

Ainsi, non seulement les qubits basés sur Majorana sont plus fiables, mais ils peuvent fonctionner plus rapidement et nécessitent moins de qubits physiques pour produire un qubit logique.

(les qubits logiques sont les unités de mesure utiles pour les applications pratiques, de la même manière qu'un processeur est mesuré en nombre d'opérations par seconde et pas seulement en fonction du nombre de transistors qu'il contient).

"Nous pensons que cette avancée nous permettra de créer un ordinateur quantique vraiment significatif, non pas dans des décennies, comme certains l'ont prédit, mais dans des années".

Satya Nadella - PDG de Microsoft

Applications

La science

La communication de Microsoft autour de Majorana 1 est principalement axée sur les résultats scientifiques qui pourraient en découler, en particulier dans les domaines de la biologie et des sciences des matériaux.

Il s'agit de domaines très importants pour l'informatique quantique, car du repliement des protéines aux matériaux complexes pour les batteries, le calcul de leur comportement au niveau atomique est extrêmement gourmand en termes de calcul, poussant à la limite les supercalculateurs actuels.

Les ordinateurs quantiques évolutifs seraient capables de simuler ces problèmes des millions, voire des trillions de fois plus efficacement, ce qui permettrait probablement un flux massif de nouvelles découvertes.

Cela sera possible non seulement en effectuant des calculs jusqu'alors impossibles, mais aussi en évitant de dépenser des milliards de dollars en recherches expérimentales exhaustives et en expériences en laboratoire.

Parmi les innombrables possibilités, quelques-unes ont été mentionnées par Microsoft :

• Matériaux autocicatrisants pour réparer les fissures dans les ponts.
• L'agriculture durable.
• Découverte de produits chimiques plus sûrs.

Dans une interview d'une heure, le PDG de Microsoft a même expliqué que, de son point de vue, c'est la croissance économique mondiale qui permettra de voir si l'informatique quantique et l'IA fonctionnent de manière adéquate.

"Le véritable critère est de savoir si le monde croît à 10%" plus que toute autre mesure.

Satya Nadella - PDG de Microsoft

Cyptographie et défense

Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de briser presque toutes les méthodes de cryptage actuellement utilisées, y compris pour les communications militaires, les codes nucléaires, les transferts bancaires, etc.

Il est donc absolument crucial pour le gouvernement américain (et toutes les autres grandes puissances) de ne pas être pris au dépourvu par les progrès de l'informatique quantique.

L'Agence des projets de recherche avancée de défense (DARPA) a choisi Microsoft a été l'une des deux entreprises à passer à la phase finale de son rigoureux programme d'évaluation des performances, connu sous le nom d'"évaluation des performances". Systèmes inexplorés pour l'informatique quantique à grande échelle (US2QC)(l'autre société étant l'informatique quantique photonique) PsiQuantum).

US2QC a réuni des experts du DARPA, de l'Air Force Research Laboratory, du Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, du Los Alamos National Laboratory, de l'Oak Ridge National Laboratory et du NASA Ames Research Center.

L'informatique quantique et la société des particules de Majorana

Microsoft

Si Microsoft est surtout connue pour sa très forte présence dans les systèmes d'exploitation avec Windows, elle est aussi un poids lourd dans de nombreux autres domaines technologiques.

Par exemple, elle est le leader des solutions professionnelles, dont Office (Outlook, Word, Excel et PowerPoint), mais aussi les appels d'entreprise (Teams), le stockage partagé dans le nuage (OneDrive), Visio (diagrammes, graphiques), Loop (espace de travail collaboratif) et Access (base de données).

Bien qu'il ne soit pas le leader des services en nuage (dominés par AWS d'Amazon), Microsoft représente 20% de l'infrastructure mondiale en nuage grâce à sa plateforme Azure, soit autant que les parts combinées de Google + Alibaba + Oracle.

Source : Statista

Microsoft est également propriétaire de LinkedIn, GitHub, Xbox et de plusieurs des plus grands studios de jeux vidéo au monde.

Source : Microsoft

En matière d'IA, Microsoft s'est davantage concentré sur les cas d'utilisation technique et les applications professionnelles que sur les applications grand public, notamment avec l'application Programme AI4Sciencesur les IA utiles à la recherche scientifique.

Il s'agit, par exemple, d'accélérer le travail des spécialistes des matériaux pour concevoir de nouvelles molécules ou des électrodes de batterie en ayant une IA a réduit 32 millions de matériaux potentiels à 500 000 candidats, puis à 800 en moins de 80 heures.

Source : Microsoft

Des entreprises comme Unilever utilisent déjà cette "chimie générative" pour accélérer leurs découvertes scientifiques..

Jusqu'à présent, en ce qui concerne l'informatique quantique, Microsoft semblait être à la traîne par rapport à Google ou IBM. Azure Quantum. Le service peut également offrir l'"informatique hybride", qui combine l'informatique quantique et les services traditionnels de superordinateurs basés sur l'informatique en nuage.

Source : Microsoft

Maintenant que le matériel révolutionnaire exploitant les particules de Majorana a été révélé, la position actuelle de l'entreprise s'en trouve complètement modifiée.

Loin d'être à la traîne, elle s'est contentée de peaufiner sa grande annonce et d'élaborer les logiciels et les cas d'utilisation que ses clients industriels utiliseront avec ses ordinateurs quantiques évolutifs.

Il s'agit d'un changement radical de la part d'une entreprise qui se concentre principalement sur les logiciels plutôt que sur le matériel, à l'exception de la console Xbox.

Et qui pourrait s'avérer extrêmement rentable s'il s'avère que la particule de Majorana est la clé d'ordinateurs quantiques évolutifs et ultra-puissants d'un million de qubits, apportant ainsi une croissance supplémentaire à une entreprise déjà très importante.

(Vous pouvez également lire notre article mettant l'accent sur Microsoft dans son ensemble de manière plus détaillée, au-delà de l'informatique quantiquepour mieux comprendre l'entreprise).

Référence de l'étude :

^{1. Microsoft Azure Quantum, Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A. et al. (2025) Mesure interférométrique de la parité à un coup dans les dispositifs hybrides InAs-Al. Nature 638, 651-655. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2}