Microsoft annonce sa première puce d'informatique quantique "Majorana 1", pour construire un ordinateur quantique évolutif destiné aux centres de données

Microsoft annonce sa première puce d'informatique quantique "Majorana 1", pour construire un ordinateur quantique évolutif destiné aux centres de données , "un ordinateur quantique vraiment significatif"

Microsoft annonce sa première puce d'informatique quantique "Majorana 1", destinée à être déployée dans les centres de données. Microsoft affirme que cette puce permettra de créer un ordinateur quantique vraiment significatif qui ne serait plus qu'à quelques années de distance.

Un ordinateur quantique, calculateur quantique, processeur quantique ou système informatique quantique, utilise les propriétés quantiques de la matière, telles que la superposition et l'intrication, afin d'effectuer des opérations sur des données. À la différence d'un ordinateur classique basé sur des transistors travaillant sur des données binaires (codées sur des bits, valant 0 ou 1), l'ordinateur quantique travaille sur des qubits dont l'état quantique peut posséder plusieurs valeurs, ou plus précisément une valeur quantique comportant plusieurs possibilités simultanées.

Microsoft a dévoilé le 19 février 2025 sa première puce d'informatique quantique, destinée à être déployée dans les centres de données. Tenant dans la paume de la main, Majorana 1 est la première puce conçue avec l'architecture Topological Core, "un type de matériau révolutionnaire qui permet d'observer et de contrôler les particules de Majorana afin de produire des qubits plus fiables et plus évolutifs, qui sont les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques", selon Microsoft.

Selon Microsoft, cette nouvelle architecture rapproche l'informatique quantique des applications du monde réel, l'entreprise prévoyant que des machines quantiques capables de résoudre des problèmes à l'échelle industrielle arriveront dans quelques années plutôt que dans quelques décennies. Le processeur Majorana 1 permettra de faire passer les ordinateurs quantiques à un million de qubits, seuil nécessaire pour relever des défis complexes.

L'architecture de qubits topologiques de Microsoft comprend des nanofils d'aluminium disposés en forme de H, chacun contenant quatre particules de Majorana contrôlables pour former un qubit. Ces qubits peuvent être empilés sur la puce, créant ainsi une structure évolutive pour l'informatique quantique. Le système fonctionne au sein d'un écosystème spécialisé, comprenant une logique de contrôle, une réfrigération extrême et une pile logicielle intégrant l'IA et l'informatique classique. La mise au point du topoconducteur (utilisé à la place du silicium), composé d'arséniure d'indium et de supraconducteurs, a constitué un défi majeur pour Microsoft, car elle a nécessité une fabrication atomique précise.


L'informatique quantique pourrait permettre la mise au point de matériaux auto-réparateurs pour réparer les fissures dans les ponts, les pièces d'avion, les écrans de téléphone et les portières de voiture. Il pourrait également permettre de relever le défi de la décomposition des plastiques et d'identifier des moyens d'éliminer les microplastiques et les polluants carbonés.

Elle pourrait également donner une idée plus précise du fonctionnement des enzymes dans les domaines de la santé et de l'agriculture. Cela pourrait conduire à un meilleur développement des médicaments et à des méthodes de culture plus efficaces. En améliorant la santé des sols et en augmentant les récoltes, ces avancées pourraient contribuer à lutter contre la faim dans le monde et à soutenir une production alimentaire durable, même dans les régions au climat rigoureux.

"Nous avons pris du recul et nous nous sommes dit : « D'accord, inventons le transistor de l'ère quantique. Quelles propriétés doit-il avoir ?", a déclaré Chetan Nayak, collaborateur technique de Microsoft. "C'est ainsi que nous en sommes arrivés là : c'est la combinaison particulière, la qualité et les détails importants de notre nouvelle pile de matériaux qui ont permis de créer un nouveau type de qubit et, en fin de compte, l'ensemble de notre architecture."

Microsoft intègre l'informatique quantique dans sa plateforme cloud Azure, permettant aux utilisateurs de la combiner avec l'IA, l'informatique puissante et les systèmes traditionnels. À mesure que l'entreprise améliore sa technologie, le processeur Majorana 1 rapproche l'idée d'une informatique quantique pratique à grande échelle de la réalité.

Cette découverte devrait entrainer plus d'investissement dans l'informatique quantique. Un rapport d'IDTechX avait notamment révélé que le marché du matériel informatique quantique devrait croître de 30 % par an au cours des vingt prochaines années pour atteindre 10 milliards de dollars en 2045. Cependant le rapport avertit que lorsque l'engouement initial pour l'informatique quantique commencera à s'estomper, les investisseurs exigeront de plus en plus la démonstration d'avantages pratiques, tels que la suprématie quantique pour les algorithmes commercialement pertinents.

Pour l'annonce de Majorana 1, Satya Nadella, PDG de Microsoft, a posté ceci :


Présentation de la puce Majorana 1 pour l'informatique quantique, par Microsoft

Microsoft a présenté Majorana 1, une puce quantique dotée d'une nouvelle architecture Topological Core, qui devrait permettre de réaliser des ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes significatifs à l'échelle industrielle dans quelques années, et non dans plusieurs décennies.

Elle s'appuie sur le premier topoconducteur au monde, un type de matériau nouveau qui permet d'observer et de contrôler les particules de Majorana afin de produire des qubits plus fiables et plus évolutifs, qui sont les éléments constitutifs des ordinateurs quantiques.

De la même manière que l'invention des semi-conducteurs a rendu possibles les smartphones, les ordinateurs et l'électronique d'aujourd'hui, les topoconducteurs et le nouveau type de puce qu'ils permettent offrent une voie vers le développement de systèmes quantiques pouvant atteindre un million de qubits et capables de résoudre les problèmes industriels et sociétaux les plus complexes, selon Microsoft.

Cette nouvelle architecture utilisée pour développer le processeur Majorana 1 offre une voie claire pour intégrer un million de qubits sur une seule puce pouvant tenir dans la paume de la main, affirme Microsoft. Il s'agit d'un seuil nécessaire pour que les ordinateurs quantiques puissent apporter des solutions transformatrices dans le monde réel, telles que la décomposition des microplastiques en sous-produits inoffensifs ou l'invention de matériaux auto-cicatrisants pour la construction, la fabrication ou les soins de santé. Tous les ordinateurs actuels fonctionnant ensemble ne peuvent pas faire ce qu'un ordinateur quantique d'un million de qubits sera capable de faire.

"Quoi que vous fassiez dans l'espace quantique, vous devez pouvoir accéder à un million de qubits. Si ce n'est pas le cas, vous vous heurterez à un mur avant d'atteindre l'échelle à laquelle vous pourrez résoudre les problèmes vraiment importants qui nous motivent", a déclaré Chetan Nayak. "Nous avons en fait trouvé une solution pour atteindre le million".

Le topoconducteur, ou supraconducteur topologique, est une catégorie spéciale de matériau capable de créer un état de la matière entièrement nouveau - non pas un solide, un liquide ou un gaz, mais un état topologique. Cet état est exploité pour produire un qubit plus stable, rapide, petit et pouvant être contrôlé numériquement, sans les compromis requis par les solutions actuelles.

Cette percée a nécessité le développement d'une pile de matériaux entièrement nouvelle, composée d'arséniure d'indium et d'aluminium, dont une grande partie a été conçue et fabriquée par Microsoft, atome par atome. L'objectif était de faire naître de nouvelles particules quantiques appelées Majoranas et de tirer parti de leurs propriétés uniques pour atteindre le prochain horizon de l'informatique quantique, selon Microsoft.

Le premier noyau topologique au monde qui alimente le Majorana 1 est fiable de par sa conception, car il intègre une résistance aux erreurs au niveau du matériel, ce qui le rend plus stable.

Les applications commerciales importantes nécessiteront également des milliers de milliards d'opérations sur un million de qubits, ce qui serait prohibitif avec les approches actuelles qui reposent sur un contrôle analogique finement ajusté de chaque qubit. La nouvelle approche de mesure de l'équipe de Microsoft permet de contrôler les qubits numériquement, ce qui redéfinit et simplifie considérablement le fonctionnement de l'informatique quantique.

Ce progrès valide le choix de Microsoft, il y a plusieurs années, de poursuivre la conception d'un qubit topologique - un défi scientifique et technique à haut risque et à haute récompense qui porte aujourd'hui ses fruits. Aujourd'hui, l'entreprise a placé huit qubits topologiques sur une puce conçue pour en accueillir un million.

"Dès le départ, nous voulions créer un ordinateur quantique ayant un impact commercial, et pas seulement un rôle de leader d'opinion", a déclaré Matthias Troyer, collaborateur technique de Microsoft. "Nous savions que nous avions besoin d'un nouveau qubit. Nous savions que nous devions passer à l'échelle supérieure."

Cette approche a conduit la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), une agence fédérale qui investit dans des technologies de pointe importantes pour la sécurité nationale, à inclure Microsoft dans un programme rigoureux visant à évaluer si des technologies innovantes d'informatique quantique pourraient permettre de construire des systèmes quantiques commercialement pertinents plus rapidement que ce que l'on croyait traditionnellement possible.

Microsoft est désormais l'une des deux entreprises invitées à passer à la phase finale du programme Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing (US2QC) de la DARPA - l'un des programmes qui composent la Quantum Benchmarking Initiative de la DARPA - qui vise à fournir le premier ordinateur quantique tolérant aux pannes à l'échelle industrielle, ou un ordinateur dont la valeur de calcul est supérieure à son coût.


"Elle vous donnerait simplement la réponse"

Outre la fabrication de son propre matériel quantique, Microsoft s'est associée à Quantinuum et Atom Computing pour réaliser des percées scientifiques et techniques avec les qubits d'aujourd'hui, notamment en annonçant l'année dernière le premier ordinateur quantique fiable de l'industrie.

Ces types de machines offrent d'importantes possibilités de développer des compétences quantiques, de créer des applications hybrides et de faire de nouvelles découvertes, en particulier lorsque l'IA est combinée à de nouveaux systèmes quantiques qui seront alimentés par un plus grand nombre de qubits fiables. Aujourd'hui, Azure Quantum propose une suite de solutions intégrées permettant aux clients d'exploiter ces plateformes d'IA, de calcul à haute performance et quantiques de premier plan dans Azure pour faire avancer la découverte scientifique.

Mais pour atteindre le prochain horizon de l'informatique quantique, il faudra une architecture quantique capable de fournir un million de qubits ou plus et d'effectuer des milliers de milliards d'opérations rapides et fiables. L'annonce d'aujourd'hui place cet horizon dans quelques années, et non dans des décennies, selon Microsoft.

Parce qu'elles peuvent utiliser la mécanique quantique pour cartographier mathématiquement le comportement de la nature avec une précision incroyable - des réactions chimiques aux interactions moléculaires et aux énergies enzymatiques - les machines à un million de qubits devraient être en mesure de résoudre certains types de problèmes en chimie, en science des matériaux et dans d'autres secteurs, que les ordinateurs classiques actuels ne peuvent pas calculer avec précision.

• Par exemple, elles pourraient aider à résoudre la difficile question chimique de savoir pourquoi les matériaux sont corrodés ou fissurés. Cela pourrait déboucher sur des matériaux auto-cicatrisants qui réparent les fissures dans les ponts ou les pièces d'avion, les écrans de téléphone brisés ou les portières de voiture rayées.
• En raison de la multiplicité des types de plastiques, il n'est actuellement pas possible de trouver un catalyseur unique capable de les décomposer, ce qui est particulièrement important pour le nettoyage des microplastiques ou la lutte contre la pollution par le carbone. L'informatique quantique pourrait permettre de calculer les propriétés de ces catalyseurs afin de transformer les polluants en sous-produits utiles ou de mettre au point des solutions de remplacement non toxiques.
• Les enzymes, une sorte de catalyseur biologique, pourraient être exploitées plus efficacement dans les domaines de la santé et de l'agriculture, grâce aux calculs précis de leur comportement que seul l'informatique quantique peut fournir. Cela pourrait conduire à des percées permettant d'éradiquer la faim dans le monde : stimuler la fertilité des sols pour augmenter les rendements ou promouvoir la croissance durable des aliments dans les climats difficiles.

Surtout, l'informatique quantique pourrait permettre aux ingénieurs, aux scientifiques, aux entreprises et à d'autres de concevoir les choses correctement dès la première fois, ce qui transformerait tout, des soins de santé au développement de produits. La puissance de l'informatique quantique, combinée aux outils d'IA, permettrait à quelqu'un de décrire le type de nouveau matériau ou de nouvelle molécule qu'il souhaite créer en langage clair et d'obtenir une réponse qui fonctionne immédiatement - sans conjecture ni années d'essais et d'erreurs.

"N'importe quelle entreprise qui fabrique quelque chose pourrait le concevoir parfaitement du premier coup. Elle vous donnerait simplement la réponse", a déclaré M. Troyer. "L'ordinateur quantique enseigne à l'IA le langage de la nature, de sorte que l'IA peut simplement vous donner la recette de ce que vous voulez fabriquer."

Repenser l'informatique quantique à grande échelle

Le monde quantique fonctionne selon les lois de la mécanique quantique, qui ne sont pas les mêmes que celles qui régissent le monde que nous voyons. Les particules sont appelées qubits, ou bits quantiques, analogues aux bits, ou uns et zéros, que les ordinateurs utilisent aujourd'hui.

Les qubits sont délicats et très sensibles aux perturbations et aux erreurs provenant de leur environnement, ce qui entraîne leur désintégration et la perte d'informations. Leur état peut également être affecté par des mesures - un problème car la mesure est essentielle pour l'informatique. Un défi inhérent est de développer un qubit qui peut être mesuré et contrôlé, tout en offrant une protection contre les bruits environnementaux qui les corrompent.

Les qubits peuvent être créés de différentes manières, chacune présentant des avantages et des inconvénients. Il y a près de 20 ans, Microsoft a décidé d'adopter une approche unique : développer des qubits topologiques, qui, selon elle, offriraient des qubits plus stables nécessitant moins de correction d'erreurs, ce qui permettrait d'obtenir des avantages en termes de vitesse, de taille et de contrôlabilité. Cette approche représentait une courbe d'apprentissage abrupte, nécessitant des percées scientifiques et techniques inédites, mais aussi la voie la plus prometteuse pour créer des qubits évolutifs et contrôlables capables d'effectuer des travaux à valeur commerciale.


L'inconvénient est - ou était - que jusqu'à récemment, les particules exotiques que Microsoft cherchait à utiliser, appelées Majoranas, n'avaient jamais été vues ou fabriquées. Elles n'existent pas dans la nature et ne peuvent être créées qu'à l'aide de champs magnétiques et de supraconducteurs. La difficulté de développer les matériaux adéquats pour créer les particules exotiques et l'état topologique de la matière qui leur est associé explique pourquoi la plupart des efforts en matière de quantique se sont concentrés sur d'autres types de qubits.

Microsoft a pu non seulement créer des particules de Majorana, qui contribuent à protéger les informations quantiques des perturbations aléatoires, mais aussi mesurer ces informations de manière fiable à l'aide de micro-ondes.

Les particules de Majorana cachent les informations quantiques, ce qui les rend plus robustes, mais aussi plus difficiles à mesurer. La nouvelle méthode de mesure de l'équipe de Microsoft est si précise qu'elle permet de détecter la différence entre un milliard et un milliard et un électron dans un fil supraconducteur, ce qui indique à l'ordinateur dans quel état se trouve le qubit et constitue la base de l'informatique quantique.

Les mesures peuvent être activées et désactivées par des impulsions de tension, comme si l'on appuyait sur un interrupteur, plutôt que de régler finement des cadrans pour chaque qubit individuel. Cette approche de mesure plus simple, qui permet un contrôle numérique, simplifie le processus de calcul quantique et les exigences physiques nécessaires à la construction d'une machine évolutive.

Le qubit topologique de Microsoft présente également un avantage par rapport aux autres qubits en raison de sa taille. Même pour un...