Majorana 1: O que o anúncio da Microsoft significa para o futuro dos computadores quânticos

Em um anúncio dramático, a Microsoft revelou na quarta-feira a criação do primeiro chip quântico baseado em qubits topológicos , um tipo especial de qubit baseado em partículas chamadas férmions de Majorana. A nova Unidade de Processamento Quântico, chamada de “Majorana 1” em homenagem ao físico italiano, é um protótipo construído com o primeiro “topocondutor”, um supercondutor especial capaz de hospedar “quasipartículas” que existem no estado “topológico” da matéria e explorá-las para conduzir operações quânticas.

A vantagem dos qubits topológicos Ao contrário de outros qubits mais comumente usados ​​em computadores quânticos pelo Google, IBM, Rigetti e muitos outros, os qubits topológicos são muito mais difíceis de realizar porque pressupõem a criação de um novo estado da matéria: a própria Microsoft vem tentando há pelo menos vinte anos.

No entanto, pelo menos em teoria, eles têm uma vantagem fundamental sobre os outros: são extremamente mais resistentes à degradação de seu estado quântico — necessário para realizar cálculos — devido à própria maneira como funcionam. Comparados a outros qubits, eles são essencialmente muito mais “robustos” e resistentes a erros já no nível de hardware, eliminando assim a necessidade de um enorme esforço de correção de erros no nível de software.

Isso ocorre porque o estado “topológico” é caracterizado por propriedades que, diferentemente dos estados líquido, sólido e gasoso, não dependem de características locais do material (como o arranjo atômico), mas de propriedades globais, fixas, vinculadas à sua estrutura matemática.

Se confirmado, o resultado da Microsoft pode abrir caminho para a criação de novos chips quânticos muito mais estáveis ​​e controláveis, encurtando assim o caminho para computadores quânticos capazes de revolucionar a computação de algumas décadas para alguns anos. O chip Majorana 1, de acordo com a Microsoft, já contém 8 desses qubits. Especialistas concordam que, para a verdadeira supremacia da computação quântica e para alcançar aplicações comerciais válidas, são necessários chips com pelo menos um milhão de qubits.

A capacidade de limitar erros no nível físico, diz a Microsoft, poderia permitir que o poder de computação fosse dimensionado para esses níveis muito mais facilmente, já que não requer um sistema de correção de erros aplicado a cada qubit, típico de outras abordagens “não topológicas”.

“Você não chega a um milhão de qubits sem sangue, suor e lágrimas, e sem resolver muitos desafios técnicos muito difíceis ao longo do caminho”, disse Chetan Nayak, um pesquisador técnico da Microsoft e líder da equipe que está experimentando a abordagem topológica, à MIT Technology Review. “Eles não querem minimizar as dificuldades que encontraremos no futuro, mas podemos dizer que pelo menos temos uma visão do objetivo.”

Quanto marketing e quanta ciência? No entanto, como sempre nesses casos, é necessário separar o trigo da ciência aplicada do joio do marketing científico. Em particular, ainda não está claro por que as declarações do CEO da Microsoft e o comunicado de imprensa, que falam claramente de um “novo estado da matéria”, e o conteúdo do artigo científico publicado na Nature ao mesmo tempo que o anúncio parecem contar duas histórias diferentes.

“A Microsoft tem uma equipe científica de primeira linha que produz resultados de primeira linha”, explica o professor Tommaso Calarco, físico quântico e professor da Universidade de Bolonha, ao Italian.Tech. “No entanto, eu me pergunto como chegamos à declaração do CEO, porque pelo que podemos ler na Nature ainda não há certeza de que o que foi medido seja realmente um qubit topológico. No entanto, pelas declarações da Microsoft, parece claro que o resultado foi alcançado".

O ponto crucial da questão é este: o anúncio da Microsoft fala sobre a criação do primeiro qubit topológico e, portanto, pressupõe que as equipes de pesquisa conseguiram "sintetizar" (com o perdão da simplificação) um férmion de Majorana, medindo corretamente sua existência e estado quântico (Modo Zero de Majorana) dentro do supercondutor topológico criado pela Microsoft "átomo sobre átomo" usando alumínio e arsenieto de índio.

O que o artigo da Nature realmente diz O artigo publicado na Nature, no entanto, foca na abordagem de medição e ainda não “prova” a existência de quasipartículas no supercondutor, mas afirma ter obtido um resultado fundamental no sistema para verificar sua existência.

“Neste artigo”, relata a Nature, “demonstramos a possibilidade de uma medição resolvida no tempo, validando assim um ingrediente fundamental da computação quântica topológica”.

“No artigo os pesquisadores dizem isso: tivemos sucesso em uma operação que é fundamental para nossos propósitos”, explica Calarco. “Este resultado científico em si é extraordinário e do mais alto nível. No entanto, eles também admitem que essa medição não confirma atualmente se o fenômeno medido está realmente conectado à presença de férmions de Majorana, ou se é um fenômeno trivial e, portanto, não topológico".

A verdadeira prova cabal está nas notas editoriais do artigo, também na Nature, onde os revisores do artigo alertam sobre a interpretação do artigo: “A equipe editorial gostaria de enfatizar que os resultados deste manuscrito não constituem evidência da presença de Modos Zero de Majorana ( o estado quântico relevante para a obtenção de qubits topológicos - ed. ) nos dispositivos relatados. O trabalho é publicado para a introdução de uma arquitetura de dispositivo que poderia permitir futuros experimentos em fusão com Modos Zero de Majorana”.

Os precedentes entre a Microsoft e a Nature A extrema cautela da Nature provavelmente se deve aos precedentes da Microsoft e ao "escândalo" que em 2021 levou à retratação de um artigo sobre o mesmo tópico coassinado por pesquisadores afiliados à empresa de Redmond e à Universidade de Tecnologia de Delft. Em 2018, a Nature publicou um artigo no qual a equipe de pesquisa afirmou ter observado evidências convincentes da presença de Modos Zero de Majorana (MZMs) em nanofios supercondutores. Este estudo foi considerado uma das evidências mais fortes da existência de MZMs e fortaleceu a ideia de que a Microsoft estava no caminho certo para construir um computador quântico topológico. Entretanto, três anos depois, um dos pesquisadores envolvidos descobriu discrepâncias nos cálculos. Investigações posteriores revelaram que alguns dados foram selecionados para enfatizar o sinal desejado, ignorando outros que lançavam dúvidas sobre a descoberta.

Resposta da Microsoft Chetan Nayak, o chefe do grupo de pesquisa, respondeu à onda de ceticismo com um comentário no blog de Scott Aaronson , um professor e cientista da computação americano conhecido por seu trabalho de popularização no campo da computação quântica. "Os leitores do artigo da Nature provavelmente notaram que o artigo foi submetido para revisão em 5 de março de 2024 e publicado em 19 de fevereiro de 2025. No ano passado, continuamos a progredir", explica Nayak, adicionando vários detalhes técnicos que confirmam a medição de pelo menos quatro Modos Zero de Majorana e, portanto, a natureza topológica dos qubits da Microsoft.

No entanto, há um problema fundamental: esses resultados, que claramente influenciaram as comemorações públicas da Microsoft, ainda não podem ser considerados "revisados ​​por pares" e, portanto, devem ser inevitavelmente encarados com cautela. Como Aaronson explica, “A situação é que a Microsoft afirma inequivocamente ter criado um qubit topológico e acaba de publicar um artigo relevante na Nature, mas a alegação de ter criado um qubit topológico ainda não foi aceita pela revisão por pares da Nature.” Grandes investimentos

Em suma, há uma boa chance de que a Microsoft tenha realmente alcançado o que afirma, incluindo “criar um novo estado da matéria”. No entanto, falta a certeza científica de um artigo revisado por pares, o que a empresa claramente não quis esperar antes de anunciar a nova descoberta com grande alarde. “Se tudo fosse confirmado e fosse escalável como a Microsoft afirma, certamente estaríamos diante de uma descoberta sensacional que abre caminho para novas aplicações”, conclui Calarco. “No entanto, se formos nos ater ao que lemos na Nature, por enquanto a montanha deu à luz o proverbial rato. Não esqueçamos que essa pesquisa, no entanto, requer enormes investimentos que devem ser justificados - mesmo internamente dentro de grandes empresas. É inevitável que na comunicação desses resultados haja também um aspecto fundamental de marketing científico.”