Microsoft gelingt Durchbruch im Quantencomputing! Majorana 1 ist der erste Quantenchip aus neuartigem Material!

Der Softwaregigant Microsoft (MSFT) hat am Mittwoch, den 19. Februar 2025, die Welt des Quantencomputing in Staunen versetzt und seinen neuen Typ von Quantenchip namens Majorana 1 vorgestellt. Dieser besteht aus einem neuartigen Material, einem so genannten topologischen Supraleiter, der nicht in einen der bisher bekannten Aggregatzustände fest, flüssig oder gasförmig klassifiziert werden kann, sondern der einen völlig neuen Materialzustand besitzt, den topologischen Zustand. Diese Nachricht ließ Aktien aus dem Quantenbereich auf breiter Front steigen und auch die Aktien von Microsoft konnten leicht um 1,25 % zulegen.

Qubits können mehrere Zustände gleichzeitig annehmen

In einem klassischen Computer werden kleinste Informationseinheiten, die Bits, als 0 oder 1 gespeichert. Dafür verwendet man Transistoren, ein elektrisches Bauteil, dass elektrische Signale verstärken und steuern kann. Durch den Zustand 0 oder 1 können Berechnungen und Operationen durchgeführt werden. Im Quantenbereich geht man jedoch davon aus, dass dank der Superposition ein Quantenbit oder Qubit gleichzeitig 0 und 1 sein kann. Ein Qubit kann eine 0, eine 1 oder ein beliebiges Verhältnis von 0 und 1 in Überlagerung beider Zustände darstellen, mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, dass es eine 0 ist, und einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, dass es eine 1 ist. Mitarbeiter von Microsoft haben seit 17 Jahren an einem Forschungsprojekt gearbeitet, um einen Transistor für das Quantenzeitalter zu entwickeln. Man ist Teil eines Programms der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), eine Bundesbehörde, die in bahnbrechende Technologien investiert.

Quantenchip Majorana 1 aus neuartigem Material mit neuer Architektur

Nun gelang Microsoft der Durchbruch im Quantencomputing. Der neue entwickelte Chip mit dem Namen Majorana 1 besitzt einen komplett neuen Materialstapel aus Indiumarsenid und Aluminium, von dem Microsoft einen Großteil Atom für Atom entwarf und herstellte. Dieses Material ermöglicht eine neue Art von Qubits und eine neue Architektur. Majorana 1 nutzt den weltweit ersten Topoleiter, einen bahnbrechenden Materialtyp, der Majorana-Teilchen nicht nur beobachten, sondern auch steuern kann. Majorana-Teilchen sind exotische Teilchen, die durch Magnetfelder und Supraleiter erzeugt werden können und als Fermion, sein eigenes Antiteilchen sein kann. Dadurch können die Bausteine für Quantencomputer, die Qubits, zuverlässig und skalierbar erzeugt werden und sind dabei noch stabil, klein und digital steuerbar, eine der wichtigsten Voraussetzungen, um die größte Fehlerquelle bei Quantenchips zu minimieren, das Rauschen. Der Chip enthält acht topologische Quantenbits und verfügt über eine topologische Kernarchitektur, die den Einsatz von Quantencomputern zur Lösung von Problemen im industriellen Maßstab in den kommenden Jahren, nicht erst Jahrzehnten, beschleunigen soll, sagte das Unternehmen. Der Chip ebnet den Weg zur Entwicklung eines Chips, der mit Millionen von Qubits ausgestattet sein wird und dabei in eine Handfläche passt. Diese Größenordnung ist erforderlich, um die komplexesten und gesellschaftlich wichtigen Probleme unserer Zeit zu lösen. Zur Herstellung seiner eigenen Quantenhardware hat Microsoft eine Partnerschaft mit Quantinuum und Atom Computing geschlossen, um mit den heutigen Qubits wissenschaftliche und technische Durchbrüche zu erzielen.

Revolution im Bereich Medizin, Chemie und Materialwissenschaften möglich

Die Erfindung der Halbleiter ermöglichten technische Errungenschaften wie unsere heutigen Smartphones, Computer und Elektronikgeräte. Topoleiter werden nun die nächste Art von Material sein, die einen neuen Chiptyp in Aussicht stellen und einen Weg zur Entwicklung von Quantensystemen ebnen, die auf eine Million Qubits skalierbar sind. Die Art und Weise wie man damit Probleme der Medizin, Chemie und Materialwissenschaften lösen kann, wird eine Revolution erleben. Der Chip eröffnet eine neue Perspektive für die Wissenschaft. Ein in der Wissenschaftszeitschrift Nature veröffentlichter Forschungsbericht bietet eine von Experten begutachtete Bestätigung der Bemühungen von Microsoft im Bereich Quantencomputer und der Art und Weise, wie seine Ingenieure Majorana-Teilchen erzeugten und mithilfe von Mikrowellen auch messen konnten.

Bisher unvorstellbare Erfindungen rücken in den Bereich des Möglichen

Ein Quantenchip mit einer Million Qubits kombiniert mit Tools der Künstlichen Intelligenz eröffnet der Wissenschaft und seinen verschiedenen Bereichen unzählige Möglichkeiten, um transformative und reale Lösungen zu liefern. Im Bereich der Materialwissenschaft können sich Entwickler die Eigenschaften für ein neuartiges Material wünschen und von einem Quantencomputer berechnen lassen. Langwierige Forschungsarbeiten in Testlaboren gehören dann der Vergangenheit an. Berechnungen für die sonst Jahrhunderte erforderlich sind, können dann in Bruchteilen davon gelöst werden. Zerlegen von Mikroplastik in harmlose Nebenprodukte oder die Erfindung selbstheilender Materialien für Bauwesen, Fertigung oder Gesundheitswesen. Die Medikamentenforschung könnte viel gezielter und personalisierter erfolgen und Krankheiten besiegen, die bisher als unheilbar galten. Biologische Katalysatoren könnten die Bodenfruchtbarkeit steigern und so den weltweiten Hunger ausrotten. Das Verhalten der Natur, von chemischen Reaktionen über molekulare Wechselwirkungen bis hin zu Enzymenergien, können mit unglaublicher Präzision mathematisch abgebildet werden. Alle derzeit weltweit betriebenen Computer können nicht das leisten, was ein Quantencomputer mit einer Million Qubits leisten kann. Bereits heute bietet Azure Quantum eine Reihe integrierter Lösungen, mit denen Kunden diese führenden KI-, Hochleistungsrechner- und Quantenplattformen in Azure nutzen können, um wissenschaftliche Entdeckungen voranzutreiben. Majorana 1 wird nicht in der Azure-Cloud verfügbar sein, jedoch Maia 100, Microsofts maßgeschneiderter Chip für Künstliche Intelligenz.

Der Autor Andreas Wimbauer ist in folgende Werte investiert: Microsoft