Informatique
Microsoft invente un nouvel état de matière pour la puce quantique Majorana-1
Nouvel état de matière pour faire évoluer l’ordinateur quantique
Il a été quelques mois très actifs pour les progrès en informatique quantique et les entreprises que nous avons couvertes dans “5 meilleures entreprises d’informatique quantique de 2025”.
Tout a commencé avec Willow de Google en décembre 2024, peut‑être la toute première puce quantique évolutive. Puis est venue la nouvelle du premier calcul quantique distribué via un lien de réseau optique, ouvrant la voie à la mise en réseau des ordinateurs quantiques comme les ordinateurs classiques dans des serveurs dédiés.
À présent, c’est au tour de Microsoft de faire sensation avec la présentation de Majorana 1, une puce utilisant un tout nouvel état de matière pour réaliser le calcul quantique: les topoconducteurs.
Microsoft affirme que les topoconducteurs peuvent produire des qubits plus fiables et évolutifs, les éléments de base des ordinateurs quantiques.
Cette toute nouvelle voie pour l’informatique quantique change radicalement la façon dont Microsoft envisage de construire ses futurs ordinateurs quantiques, avec « une voie claire pour intégrer un million de qubits sur une seule puce qui tient dans la paume de la main ».
(MSFT )
Que sont les topoconducteurs ?
Il semble que l’origine de cette percée provienne d’une nouvelle approche, consistant à créer un transistor dédié au calcul quantique, allant au‑delà de ce qui a été réalisé jusqu’à présent.
“Nous avons pris du recul et nous sommes dit : ‘D’accord, inventons le transistor pour l’ère quantique. Quelles propriétés doit‑il posséder ?’
Et c’est vraiment ainsi que nous en sommes arrivés : c’est la combinaison particulière, la qualité et les détails importants de notre nouvelle pile de matériaux qui ont permis un nouveau type de qubit et, en fin de compte, toute notre architecture.”
Les supraconducteurs topologiques, décrits dans l’article correspondant publié dans Nature1, sous le titre “Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices“, constituent un état de matière différent de ceux plus familiers que sont le solide, le liquide ou le gaz, voire des états plus exotiques comme le plasma ou le condensat de Bose‑Einstein.
L’état topologique n’était que théorisé jusqu’à présent, d’abord par Ettore Majorana (1906‑1938), mais il semble soudain qu’il soit non seulement observable mais aussi contrôlable. Cette particule de Majorana (également appelée fermion de Majorana), une particule qui est son propre antiparticule, a été observée par les chercheurs de Microsoft pour la première fois en 2024.
Les particules de Majorana sont, d’une certaine manière, similaires aux électrons et pourraient être utilisées pour préserver les données quantiques utiles au calcul quantique.
Ce n’a pas du tout été un succès du jour au lendemain et semble être le résultat de plus de 17 ans de recherche, le projet de recherche le plus long de Microsoft, et jusqu’à présent un secret très bien gardé.
Pour simplifier les choses (beaucoup), un topoconducteur est un semi‑conducteur partageant certains de ses comportements au niveau atomique et sub‑atomique avec les matériaux supraconducteurs.
Source: Microsoft
Cette réalisation a été obtenue en fusionnant dans un fil de l’arséniure d’indium (un semi‑conducteur) et de l’aluminium (un supraconducteur).
Source: Physical Review
Lorsqu’ils sont refroidis à proximité du zéro absolu et réglés avec des champs magnétiques, ces dispositifs forment des nanofils supraconducteurs topologiques, contenant les soi‑disant modes zéro de Majorana (MZM) aux extrémités 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 le rend également très sensible au bruit et aux perturbations de l’environnement, rendant tout calcul quantique difficile.
MZMs sont radicalement différents, car un électron non apparié est partagé entre une paire de MZM, le rendant invisible à l’environnement. Cette propriété unique des particules de Majorana protège l’information quantique, la rendant ultra‑stable et fiable.
Électrons invisibles
Bien sûr, si cela est idéal pour préserver l’état quantique dans une condition stable et utile, cela rend également toute mesure réelle extrêmement difficile, d’où le fait que les particules de Majorana n’ont été que théoriques pendant un siècle jusqu’à très récemment.
Bien que cela fasse de nos topoconducteurs des candidats idéaux pour les qubits, cela pose également un défi: comment lire l’information quantique qui est si bien cachée ? Comment distinguer, par exemple, 1 000 000 000 d’électrons de 1 000 000 001 ?
La solution de Microsoft à ce problème a exploité les points quantiques, un matériau unique que nous avons largement abordé dans “Investir dans les réalisations du prix Nobel – Points quantiques & Nanocouleurs ”. Il peut être décrit comme 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. De façon cruciale, l’augmentation exacte dépend de la parité du nanofil.
Source: Microsoft
Ainsi, en mesurant l’état des points quantiques, un processus bien compris utilisant des 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 également extrêmement fiable, même avec un premier prototype, avant toute optimisation supplémentaire.
Nous avons conçu nos dispositifs de manière à ce que ces changements soient suffisamment importants pour être mesurés de façon fiable en un seul essai. Nos mesures initiales présentaient une probabilité d’erreur de 1 %, et nous avons identifié des voies claires pour la réduire de façon significative.
Qubits ultra‑fiables
Cela change complètement l’approche de la mesure de l’état quantique utilisée en informatique quantique.
Jusqu’à présent, cela nécessitait la rotation des états quantiques à des angles précis, requérant des signaux de contrôle analogiques complexes personnalisés pour chaque qubit. Cela rendait la correction d’erreurs, qui repose sur la même méthode, extrêmement complexe, coûteuse et globalement moins fiable.
À la place, 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 cela vous intéresse, vous pouvez en savoir plus sur les détails du développement des topoconducteurs dans cette longue interview avec Dr Chetan Nayak, le leader de ce projet chez Microsoft.
Architecture intrinsèquement évolutive
Parce que le système est beaucoup plus simple du point de vue de l’ingénierie, sinon de la physique des particules, et également plus fiable et stable, il est naturellement plus facile à faire évoluer.
Le composant de base serait un « tetron », constitué de 2 nanofils, 4 MZM et 4 points quantiques, créant un dispositif à 2 qubits.
Lorsqu’il est associé à un autre, il peut former un dispositif de base à deux qubits supportant une méthode utilisée pour le calcul quantique appelée “transformations de tressage basées sur la mesure”.
Une matrice 4×2 de tétrons pourrait effectuer la détection d’erreurs sur deux qubits logiques.
Source: Microsoft
Ce bloc pourrait ensuite être reproduit 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 imaginé jusqu’à présent.
Il n’est peut‑être pas surprenant que le calcul quantique nous oblige à concevoir un nouvel état de matière spécifiquement conçu pour le permettre.
Ce qui est remarquable, c’est la précision déjà atteinte par notre technique de lecture, démontrant que nous exploitons cet état de matière exotique pour le calcul quantique.
Vous pouvez voir à quoi ressemble la puce Majorana grâce à ce rendu, du particule de Majorana jusqu’à la puce entière tenue dans la main d’une personne.
Enfin, l’élément clé qui rend cette technologie particulièrement évolutive est la petite taille des composants physiques. En conséquence, plus d’un million de qubits physiques peuvent être intégrés dans une petite puce qui tient dans la main.
Source: Microsoft
Améliorations supplémentaires
Comme expliqué, même la probabilité d’erreur de 1 % dans la mesure des points quantiques et des MZM peut être réduite davantage. Les chercheurs de Microsoft voient déjà une façon de le faire.
Comme les erreurs en calcul s’accumulent les unes sur les autres, réduire le taux d’erreur d’un facteur 10 pourrait augmenter beaucoup davantage le potentiel de calcul utile ultime.
Un autre aspect pouvant être amélioré est la stabilité globale de l’état quantique des particules de Majorana.
« L’énergie externe—comme les rayonnements électromagnétiques—peut rompre les paires de Cooper, créant des électrons non appariés qui peuvent inverser l’état du qubit d’une parité paire à impaire. Cependant, nos résultats montrent que cela est rare, ne se produisant en moyenne qu’une fois par milliseconde. »
Comme le système développé par Microsoft a démontré une stabilité impressionnante, cela indique que le blindage accomplit déjà bien son rôle. Cependant, il existe probablement d’autres moyens de réduire davantage les interférences, qui sont déjà à l’étude.
Accélérer la révolution de l’informatique quantique
La prochaine étape pour Microsoft est de construire la matrice 4×2 de tétrons au‑delà du prototype initial et de la tester à grande échelle.
Puis d’utiliser l’ensemble de la matrice à huit qubits pour mettre en œuvre la détection d’erreurs quantiques (QEC) sur deux qubits logiques.
Parce que les qubits topologiques disposent d’une protection d’erreur intégrée, cela simplifie grandement le QEC. De plus, Microsoft affirme que ses codes QEC personnalisés réduisent la surcharge d’environ 10 fois par rapport à l’approche précédente de pointe.
Ainsi, les qubits basés sur Majorana ne sont pas seulement plus fiables, 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 opérations par seconde et non seulement par le nombre de transistors qu’il contient)
« Nous croyons que cette percée nous permettra de créer un véritable ordinateur quantique significatif non pas en décennies, comme certains l’ont prédit, mais en quelques années. »
Satya Nadella – PDG de Microsoft
Applications
Science
La communication de Microsoft autour de Majorana 1 se concentre principalement sur les résultats scientifiques qu’elle pourrait engendrer, notamment en biologie et en sciences des matériaux.
Ce sont des 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 calcul, poussant les supercalculateurs actuels à leurs limites.
Les ordinateurs quantiques évolutifs pourraient simuler ces problèmes des millions voire des billions de fois plus efficacement, permettant probablement un flux massif de nouvelles découvertes.
Cela se fera non seulement en réalisant des calculs auparavant impossibles, mais aussi en évitant des milliards de dollars de recherches expérimentales exhaustives et d’expériences en laboratoire.
- Matériaux auto‑réparateurs qui comblent les fissures des ponts.
- 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, la façon de vérifier si l’informatique quantique et l’IA fonctionnent adéquatement est la croissance économique mondiale.
« Le véritable indicateur est que le monde croît de 10 % », plus que tout autre métrique.
Satya Nadella – PDG de Microsoft
Cryptographie & Défense
Les ordinateurs quantiques ont le potentiel de casser presque toutes les méthodes de chiffrement actuellement utilisées, y compris pour les communications militaires, les codes nucléaires, les transferts bancaires, etc.
Il s’agit donc bien sûr d’une question absolument cruciale pour le gouvernement américain (et toutes les autres grandes puissances) afin de ne pas être pris au dépourvu par les avancées de l’informatique quantique.
The Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a sélectionné Microsoft comme l’une des deux entreprises à passer à la phase finale de leur programme rigoureux d’évaluation connu sous le nom de Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC), (l’autre entreprise étant le calcul quantique photonique PsiQuantum).
US2QC a réuni des experts de la DARPA, du 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.
Informatique quantique et entreprise de particules Majorana
Microsoft
(MSFT )
Bien que Microsoft soit surtout connu pour sa forte présence dans les systèmes d’exploitation avec Windows, il est également un géant dans de nombreux autres domaines technologiques.
Par exemple, il est le leader des solutions professionnelles, incluant Office (Outlook, Word, Excel et PowerPoint), mais aussi les appels d’entreprise (Teams), le stockage cloud partagé (OneDrive), Visio (diagrammes, graphiques), Loop (espace de travail collaboratif) et Access (base de données).
Bien qu’il ne soit pas le leader des services cloud (dominé par AWS d’Amazon), Microsoft représente 20 % de l’infrastructure cloud mondiale grâce à sa plateforme Azure, soit autant que les parts combinées de Google, Alibaba et Oracle.
Source: Statista
Microsoft possède également LinkedIn, GitHub, Xbox et de nombreux grands studios de jeux vidéo du monde.
Source: Microsoft
En ce qui concerne l’IA, Microsoft s’est davantage concentré sur les cas d’usage techniques et les applications professionnelles que sur les applications grand public, notamment avec le programme AI4Science, sur les IA utiles à la recherche scientifique.
Cela inclut, par exemple, l’accélération du travail des scientifiques des matériaux pour concevoir de nouvelles molécules ou électrodes de batterie en faisant réduire 32 millions de matériaux potentiels à 500 000 candidats, puis à 800 en moins de 80 heures grâce à une IA.
Source: Microsoft
Jusqu’à présent, en matière d’informatique quantique, Microsoft semblait être à la traîne par rapport à Google ou IBM ; il proposait des services cloud de calcul quantique avec Azure Quantum. Le service peut également offrir « computing hybride », combinant le calcul quantique avec le service de supercalculateur cloud traditionnel.
Source: Microsoft
Maintenant que le matériel révolutionnaire exploitant les particules de Majorana a été dévoilé, cela change complètement la position réelle de l’entreprise.
Loin d’être à la traîne, il ne faisait que peaufiner sa grande annonce et développer les logiciels et cas d’usage que ses clients industriels utiliseront avec ses ordinateurs quantiques évolutifs.
C’est un changement radical pour une entreprise principalement axée sur les logiciels plutôt que le matériel, à l’exception de la console Xbox.
Et cela pourrait s’avérer extrêmement rentable si la particule de Majorana s’avère être la clé de ordinateurs quantiques évolutifs et ultra‑puissants à un million de qubits, offrant une croissance supplémentaire à une entreprise déjà massive.
(Vous pouvez également lire notre article mettant en lumière Microsoft dans son ensemble de façon plus détaillée, au‑delà de l’informatique quantique, pour mieux comprendre l’entreprise).
Référence d’étude:
1. Microsoft Azure Quantum., Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A. et al. (2025) Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices. Nature 638, 651–655. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08445-2
