Après vingt ans passés à aiguiser l’épée, la nouvelle puce quantique massive de Microsoft écrase les superordinateurs du monde, et Musk la transmet pour la soutenir.

Alors que tout le monde parle du prix national de l'iPhone 16e, la première puce informatique quantique de Microsoft, Majorana 1, est également devenue Wang Feng dans le cercle technologique et a été privée de beaucoup de publicité.

Cependant, en tant que phénomène d'actualité dans le cercle technologique, Majorana 1, que le PDG de Microsoft, Satya Nadella, qualifie non pas de battage médiatique technologique, mais de technologie de classe mondiale, mérite toujours d'être mentionné.

Musk a également retweeté avec enthousiasme le tweet de Nadella et a salué le nombre croissant de percées dans l'informatique quantique, ce qui pourrait également confirmer l'importance de Majorana 1 de côté.

Majorana 1 a la taille d'une paume, mais peut-il résoudre les problèmes mondiaux de calcul intensif ?

Majorana 1, récemment lancée par Microsoft, est la première puce quantique au monde basée sur une nouvelle architecture topologique de base.

Je connais tous les mots, mais je n’arrive pas à les comprendre une fois assemblés.

Ne vous inquiétez pas, avant de comprendre cette phrase, nous devons comprendre un point de connaissance : le « conducteur topologique ».

Dans notre compréhension traditionnelle, la matière existe principalement sous trois états : solide, liquide et gazeux. Après près de 20 ans d’exploration, Microsoft a réussi à créer une quatrième forme d’état topologique de la matière.

La « topologie » est un principe scientifique très particulier. En termes simples, elle peut rendre la transmission et le stockage des informations dans la puce plus stables et moins sujets aux erreurs. Les scientifiques de Microsoft ont développé un nouveau matériau appelé « conducteur topologique ».

Microsoft a déclaré que, tout comme l'invention des semi-conducteurs a donné naissance aux smartphones, ordinateurs et appareils électroniques d'aujourd'hui, les conducteurs topologiques et les nouvelles puces qu'ils supportent offrent une voie réalisable pour le développement de systèmes quantiques.

Ce conducteur topologique construit à partir d'arséniure d'indium (semi-conducteur) et d'aluminium (supraconducteur) peut former un état supraconducteur topologique dans un environnement proche du zéro absolu, fournissant un « squelette » super stable pour les puces quantiques et ce qui en fait un grand pas vers une plus grande praticité et puissance.

Un autre point de connaissance à maîtriser concerne les qubits.

Dans les ordinateurs traditionnels, les bits ne peuvent représenter que 0 ou 1, tandis que les qubits dans les ordinateurs quantiques peuvent représenter 0 et 1 en même temps, ou n'importe quel état intermédiaire, apportant ainsi une plus grande puissance de calcul.

Cependant, la plupart des types de qubits ne peuvent conserver leur état quantique que pendant une durée très courte, souvent une fraction de seconde seulement, ce qui entraîne des erreurs de calcul ou une perte rapide des informations stockées. Depuis des années, des entreprises comme IBM, Microsoft et Google tentent de rendre les qubits aussi stables que les bits binaires.

À cette fin, Microsoft a choisi une voie différente de celle d'IBM, de Google et d'autres sociétés : développer des qubits topologiques. Ils pensent que ces qubits sont plus stables et nécessitent moins de corrections d’erreurs, ce qui leur confère des avantages en termes de vitesse, d’échelle et de contrôlabilité.

Et cette voie repose principalement sur un type particulier de particule qui n’a jamais été réellement observé ou fabriqué : la particule Majorana.

Cette particule spéciale, proposée pour la première fois par le physicien théoricien Ettore Majorana en 1937, n'existe pas dans la nature et ne peut être « induite » que dans des conditions spécifiques de champs magnétiques et de supraconducteurs. Les matériaux nécessaires à la création de telles particules étant extrêmement difficiles à développer, la plupart des équipes de recherche en informatique quantique ont choisi d’abandonner cette voie et de travailler plutôt sur d’autres types de qubits.

Cependant, Majorana 1 de Microsoft revendique une avancée décisive.

Le conducteur topologique qu'ils ont développé a atteint deux objectifs : l'un est de pouvoir induire des particules de Majorana dans des conditions spécifiques, et l'autre est de pouvoir contrôler avec précision le comportement de ces particules, construisant ainsi des qubits dont la stabilité et la fiabilité dépassent de loin les solutions traditionnelles.

Sur cette base, l'équipe Microsoft a également réalisé des progrès significatifs dans la technologie de mesure.

L'équipe de recherche de Microsoft a développé une méthode de mesure précise contrôlée par des impulsions numériques, capable de détecter les changements impairs et pairs du nombre d'électrons dans les fils supraconducteurs (c'est-à-dire la différence entre un seul électron), permettant ainsi une lecture de haute précision de l'état du qubit.

Imaginez que vous avez un pot de billes, mais les billes dans ce pot sont si petites qu'elles ne peuvent même pas être vues à l'œil nu. Vous devez maintenant savoir s’il y a un nombre impair ou pair de billes dans le pot, et vous devez être très précis, aucune d’elles n’a tort.

En envoyant des signaux électriques spéciaux (comme faire briller la lumière d’une lampe de poche), l’équipe Microsoft peut vous dire avec précision si le nombre de billes dans le pot est impair ou pair. Dans un ordinateur quantique, nous devons connaître avec précision l’état de chaque qubit (tout comme connaître le nombre de billes) pour garantir l’exactitude du calcul.

Si même ces informations les plus élémentaires ne peuvent pas être lues avec précision, alors l’ordinateur quantique est comme une calculatrice qui résout le mauvais problème et est inutile.

Le jour même du lancement de la puce Majorana 1, des articles de recherche connexes ont également été publiés dans « Nature ».

Depuis que Nayak, chercheur technique chez Microsoft, a rejoint et commencé à étudier ce problème en 2005, cela a duré près de 20 ans et a impliqué plusieurs PDG, différentes équipes de direction et plusieurs niveaux de direction. Cet article de Nature contient à lui seul les noms de plus de 160 chercheurs, scientifiques et ingénieurs.

Contrairement à la plupart des fabricants de puces qui s'appuient sur des fabricants tels que TSMC, les composants de base de Majorana 1 seront fabriqués uniquement par Microsoft aux États-Unis. La raison principale est que la recherche et le développement actuels en sont encore au stade expérimental à petite échelle et qu’il n’est ni nécessaire ni difficile de réaliser une production OEM à grande échelle.

En termes de mise en œuvre physique, Majorana 1 adopte une conception de structure unique en forme de H. Chaque structure contient quatre particules Majorana contrôlables qui peuvent être étendues sur la puce comme des tuiles. Cette conception permet aux qubits d’atteindre une taille plus petite et une intégration plus élevée tout en conservant la stabilité.

Chaque qubit topologique ne mesure que 1/100 mm. La puce Majorana 1 devant vous n'a que la taille d'une paume, mais elle intègre également 8 qubits. Plus la puce a de qubits, plus ses capacités sont fortes.

Nadella a même affirmé que cette puce, qui peut être facilement tenue dans la paume de sa main, peut résoudre des problèmes que tous les supercalculateurs de la planète ne peuvent résoudre.

Cependant, Jason Zander, vice-président exécutif de Microsoft, a déclaré dans une interview à CNBC : « Nous espérons atteindre des centaines de qubits avant de discuter de la fiabilité commerciale ».

Afin de réaliser l’informatique quantique à grande échelle, Microsoft prévoit d’intégrer à l’avenir des millions de qubits sur une seule puce et devrait même être déployé directement dans les centres de données Azure. À cet égard, l’évaluation du physicien Sankar Das Sarma de l’Université du Maryland est correcte, pertinente et précise :

Le plus gros inconvénient des qubits topologiques est qu'il s'agit encore davantage d'un problème de physique, mais si toutes les annonces faites aujourd'hui par Microsoft sont vraies… alors peut-être que la phase physique touche à sa fin et que la phase de mise en œuvre technique est sur le point de commencer.

Le calcul intensif d’un million de qubits pourrait arriver tôt, Microsoft survivra-t-il ?

"Peu importe ce que vous faites dans le domaine de l'informatique quantique, il doit y avoir une voie claire vers des millions de qubits. Sinon, vous rencontrerez un goulot d'étranglement avant de pouvoir réellement atteindre l'échelle qui peut résoudre les problèmes importants qui nous font avancer, et nous avons trouvé cette voie."

Chetan Nayak, chercheur technique chez Microsoft, a déclaré ci-dessus. Les changements quantitatifs entraînent des changements qualitatifs, et la capacité à accueillir des millions de qubits n'est que le seuil le plus bas pour les ordinateurs quantiques. Si ce que Nayak a dit est vrai, quel sera l’impact ?

Les responsables de Microsoft ont cité plusieurs exemples sur leur blog :

• Contribuer à étudier les causes de la corrosion et des fissures dans les matériaux et faire progresser le développement de matériaux auto-réparateurs, comme la réparation de fissures dans des ponts ou de pièces d'avion, d'écrans de téléphones portables brisés ou même de portes de voiture rayées.
• Calculez les propriétés moléculaires des catalyseurs pour décomposer les polluants plastiques en sous-produits précieux ou même développez directement des matériaux alternatifs non toxiques.
• Simulez avec précision le mécanisme d'action des enzymes pour rendre leur application plus efficace, améliorant ainsi la fertilité des sols, augmentant la production alimentaire ou favorisant la croissance durable des cultures dans des conditions climatiques difficiles, contribuant ainsi à résoudre le problème de la faim dans le monde.

Plus important encore, l’informatique quantique révolutionnera les secteurs allant des soins de santé au développement de produits en permettant aux ingénieurs, scientifiques, entreprises et autres professionnels de concevoir avec précision des produits idéaux du premier coup.

Lorsque la puissance de l’informatique quantique est combinée aux outils d’IA, les gens peuvent décrire les nouveaux matériaux ou molécules qu’ils souhaitent créer dans un langage simple et direct et obtenir des réponses exploitables immédiatement, sans conjectures ni années d’essais et d’erreurs.

Pour reprendre les mots de Matthias Troyer, responsable de l'informatique quantique chez Microsoft :

"Toute entreprise engagée dans la fabrication peut concevoir parfaitement un produit du premier coup, et un ordinateur quantique donnera la réponse directement. Un ordinateur quantique peut enseigner à l'IA le "langage de la nature", permettant à l'IA de vous dire directement comment préparer ce que vous voulez. "

Même si de nombreux défis scientifiques et techniques ont été résolus, il faudra plusieurs années avant que les fruits mûrs soient récoltés. Krysta Svore, chercheuse technique chez Microsoft, a mentionné que la réalisation de l'empilement de matériaux topologiques est l'une des parties les plus difficiles de l'ensemble du processus.

Comme mentionné au début, les conducteurs topologiques de Microsoft sont constitués d'arséniure d'indium au lieu des matériaux de silicium traditionnels. L'arséniure d'indium possède des propriétés physiques particulières qui le rendent adapté à des applications telles que les détecteurs infrarouges. Sa combinaison avec la supraconductivité à des températures extrêmement basses crée un matériau hybride.

Microsoft « pulvérise » le matériau atome par atome, exigeant que le matériau soit parfaitement disposé. S'il y a trop de défauts dans la pile de matériaux, les performances du qubit seront gravement affectées.

La question se pose de savoir lequel est arrivé en premier, la poule ou l'œuf. Si nous voulons fabriquer de meilleurs ordinateurs quantiques, nous avons besoin de matériaux plus parfaits, mais pour comprendre comment fabriquer des matériaux plus parfaits, nous avons besoin de l'aide d'ordinateurs quantiques.

Cependant, l’arrivée des supercalculateurs quantiques ne devra peut-être pas attendre longtemps. Selon la feuille de route développée par Microsoft, nous avons résumé plusieurs points clés :

• Démonstration des premiers qubits topologiques au monde et intégration de 8 qubits topologiques sur une seule puce.
• Il est prévu de construire un réseau de qubits 4×2 pour démontrer l’intrication quantique et la détection d’erreurs quantiques.
• À terme, une seule puce sera capable d’intégrer des millions de qubits, créant ainsi un superordinateur quantique et favorisant l’utilisation pratique de l’informatique quantique.

D'autre part, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) des États-Unis a sélectionné Microsoft comme l'une des deux sociétés à entrer dans la phase finale du « système informatique quantique à l'échelle utilitaire sous-développé » (US2QC).

Cette initiative fait partie du plus vaste programme d'analyse comparative quantique de la DARPA, qui vise à vérifier si un ordinateur quantique pratique peut être construit d'ici 2033.

En d’autres termes, Microsoft espère construire un prototype d’ordinateur quantique tolérant aux pannes basé sur des qubits topologiques dans des années, et non dans des décennies.

+1 pour la série à vie.

Bien entendu, tout le monde n’est pas optimiste quant à cette vitesse de développement. Le PDG de Nvidia, Jensen Huang, a déclaré publiquement au CES 2025 au début de l'année qu'il faudra au moins 20 ans avant la mise en œuvre pratique des ordinateurs quantiques.

Si vous dites que vous pouvez construire un ordinateur quantique très utile en 15 ans, c’est probablement un peu tôt. Si vous dites 30 ans, c'est probablement trop tard. Si vous dites 20 ans, je pense que beaucoup d’entre nous le croiront.

L'eau froide de Huang Renxun n'est pas entièrement en dehors de considérations concurrentielles. L'informatique quantique nécessite des GPU pour la simulation informatique hybride et l'optimisation des algorithmes, et les GPU de Nvidia peuvent améliorer les capacités de généralisation de l'IA des ordinateurs quantiques et peuvent également se compléter.

En complément, la startup américaine PsiQuantum est une autre société sélectionnée par la DARPA, et sa technologie d'informatique quantique est basée sur les qubits de photons. L'année dernière, PsiQuantum a annoncé un investissement de 620 millions de dollars en Australie pour construire un système informatique quantique à grande échelle.

Concernant les qubits topologiques de Microsoft, il y a une autre histoire sur la rétractation de la Nature qu’il faut mentionner.

Les scientifiques recherchent depuis longtemps des preuves de l'existence des particules de Majorana. En 2012, Leo Kouwenhoven et son équipe internationale ont publié pour la première fois un article faisant allusion expérimentalement à l'existence de particules de Majorana.

La recherche a également été désignée comme l’une des dix avancées majeures de l’année par Physics World.

En 2016, Microsoft a créé Microsoft Quantum Lab et a embauché Kouwenhoven comme directeur pour faire progresser la recherche sur les qubits Majorana. Deux ans plus tard, leurs efforts semblaient avoir atteint une avancée majeure, avec la publication d'un article sensationnel dans Nature.

Cet article mentionne qu'ils ont observé deux électrons par paires à l'extrémité du nanofil dans un environnement à température extrêmement basse de 0,02 K, un électron étant situé dans la partie semi-conductrice et l'autre dans la couche supraconductrice.

Mais le problème est qu’ils ne peuvent prouver l’existence que d’une paire d’électrons, mais pas de l’autre paire, ce qui est une condition nécessaire à la formation des qubits de Majorana.

Face au scepticisme de la communauté scientifique, l'équipe de Kouwenhoven a réanalysé les données originales et reconstruit le dispositif expérimental pour calibrer certains paramètres. Il s’est avéré que les résultats expérimentaux des articles précédents étaient difficiles à reproduire.

En 2023, Nature a officiellement publié une déclaration de rétractation, et l'équipe de Kouwenhoven a également admis de manière pragmatique les lacunes de l'article en termes de rigueur scientifique et a présenté ses excuses à la communauté universitaire.

Une enquête approfondie a montré que l'équipe de recherche n'avait pas commis de fraude, mais qu'il y avait bel et bien eu des erreurs de vérification des données et d'expérimentation.

Il est rapporté que cette rétractation a ensuite déclenché de nombreuses discussions dans la communauté universitaire sur le « battage médiatique excessif » de la recherche sur l'informatique quantique. C'est également une raison importante pour laquelle le PDG de Microsoft a spécifiquement souligné dans l'annonce de la plate-forme X que la sortie de Majorana 1 n'était pas un battage médiatique.

Bien entendu, la recherche sur l’informatique quantique est extrêmement complexe, et la rétractation n’a pas nié la faisabilité de la voie technologique qubit de Majorana. Par rapport au document publié en 2018, sept ans plus tard, le « têtu » Microsoft aurait peut-être réécrit l'histoire inachevée avec Majorana 1.

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