Majorana 1 : Ce que l'annonce de Microsoft signifie pour l'avenir des ordinateurs quantiques

Dans une annonce spectaculaire, Microsoft a révélé mercredi la création de la première puce quantique basée sur des qubits topologiques , un type spécial de qubit basé sur des particules appelées fermions de Majorana. La nouvelle unité de traitement quantique, baptisée « Majorana 1 » en l’honneur du physicien italien, est un prototype construit avec le premier « topoconducteur », un supraconducteur spécial capable d’héberger des « quasi-particules » qui existent dans l’état « topologique » de la matière et de les exploiter pour effectuer des opérations quantiques.

L'avantage des qubits topologiques Contrairement à d'autres qubits plus couramment utilisés dans les ordinateurs quantiques par Google, IBM, Rigetti et bien d'autres, les qubits topologiques sont beaucoup plus difficiles à réaliser car ils supposent la création d'un nouvel état de la matière : Microsoft lui-même s'y essaie depuis au moins vingt ans.

Cependant, au moins en théorie, ils présentent un avantage fondamental sur les autres : ils sont extrêmement plus résistants à la dégradation de leur état quantique - nécessaire pour effectuer des calculs - en raison de leur mode de fonctionnement même. Comparés aux autres qubits, ils sont essentiellement beaucoup plus « robustes » et résistants aux erreurs déjà au niveau matériel, éliminant ainsi le besoin d’un énorme effort de correction d’erreurs au niveau logiciel.

Cela est dû au fait que l’état « topologique » est caractérisé par des propriétés qui, contrairement aux états liquide, solide et gazeux, ne dépendent pas des caractéristiques locales du matériau (comme l’arrangement atomique), mais de propriétés globales fixes liées à sa structure mathématique.

Si cela se confirme, le résultat de Microsoft pourrait ouvrir la voie à la création de nouvelles puces quantiques beaucoup plus stables et contrôlables, raccourcissant ainsi la route vers des ordinateurs quantiques capables de révolutionner l'informatique de quelques décennies à quelques années. La puce Majorana 1, selon Microsoft, contient déjà 8 de ces qubits. Les experts s’accordent à dire que pour une véritable suprématie de l’informatique quantique et pour obtenir des applications commerciales valables, des puces contenant au moins un million de qubits sont nécessaires.

Selon Microsoft, la capacité de limiter les erreurs au niveau physique pourrait permettre à la puissance de calcul d’atteindre ces niveaux beaucoup plus facilement, car elle ne nécessite pas de système de correction d’erreurs appliqué à chaque qubit, typique des autres approches « non topologiques ».

« On n’atteint pas un million de qubits sans y consacrer du sang, de la sueur et des larmes, et sans résoudre de nombreux défis techniques très difficiles en cours de route », a déclaré Chetan Nayak, chercheur technique chez Microsoft et chef de l’équipe expérimentant l’approche topologique, à MIT Technology Review. « Ils ne veulent pas minimiser les difficultés que nous rencontrerons à l’avenir, mais nous pouvons dire que nous avons au moins une vision de l’objectif. »

Combien de marketing et combien de science ? Mais comme toujours dans ces cas-là, il faut séparer le bon grain de la science appliquée de l’ivraie du marketing scientifique. En particulier, on ne sait toujours pas pourquoi les déclarations du PDG de Microsoft et le communiqué de presse, qui parlent clairement d’un « nouvel état de la matière », et le contenu de l’article scientifique publié dans Nature en même temps que l’annonce semblent raconter deux histoires différentes.

« Microsoft dispose d'une équipe scientifique de premier ordre qui produit des résultats de premier ordre », explique à Italian.Tech le professeur Tommaso Calarco, physicien quantique et professeur à l'Université de Bologne. « Cependant, je me demande comment nous en sommes arrivés à la déclaration du PDG, car d'après ce que nous pouvons lire dans Nature, il n'y a toujours aucune certitude que ce qui a été mesuré soit réellement un qubit topologique. D'après les déclarations de Microsoft, il semble toutefois clair que le résultat a été atteint".

Le nœud du problème est le suivant : l'annonce de Microsoft parle de la création du premier qubit topologique et suppose donc que les équipes de recherche ont réussi à « synthétiser » (pardonnez la simplification) un fermion de Majorana, en mesurant correctement son existence et son état quantique (Majorana Zero Mode) à l'intérieur du supraconducteur topologique créé par Microsoft « atome sur atome » en utilisant de l'arséniure d'aluminium et d'indium.

Ce que dit réellement l’article de Nature L’article publié dans Nature se concentre cependant sur l’approche de mesure et ne « prouve » pas encore l’existence de quasiparticules dans le supraconducteur, mais prétend avoir obtenu un résultat fondamental dans le système pour vérifier leur existence.

« Dans cet article », rapporte Nature, « nous démontrons la possibilité d’une mesure résolue dans le temps, validant ainsi un ingrédient fondamental du calcul quantique topologique. »

« Dans l’article, les chercheurs disent ceci : nous avons réussi une opération fondamentale pour nos objectifs », explique Calarco. « Ce résultat scientifique est en soi extraordinaire et du plus haut niveau. Cependant, ils admettent également que cette mesure ne confirme pas actuellement si le phénomène mesuré est réellement lié à la présence de fermions de Majorana, ou s'il s'agit plutôt d'un phénomène trivial et donc non topologique".

La véritable preuve irréfutable se trouve dans les notes éditoriales de l'article, également parues dans Nature, où les réviseurs de l'article mettent en garde contre l'interprétation de l'article : « L'équipe éditoriale tient à souligner que les résultats de ce manuscrit ne constituent pas une preuve de la présence de modes zéro de Majorana ( l'état quantique pertinent pour l'obtention de qubits topologiques - ndlr ) dans les dispositifs signalés. Le travail est publié pour l'introduction d'une architecture de dispositif qui pourrait permettre de futures expériences de fusion avec les modes zéro de Majorana ».

L' extrême prudence de Nature est très probablement due aux précédents de Microsoft et au « scandale » qui a conduit en 2021 à la rétractation d'un article sur le même sujet cosigné par des chercheurs affiliés à la société de Redmond et à l'Université de technologie de Delft. En 2018, Nature a publié un article dans lequel l’équipe de recherche affirmait avoir observé des preuves convaincantes de la présence de modes zéro de Majorana (MZM) dans des nanofils supraconducteurs. Cette étude a été considérée comme l’une des preuves les plus solides de l’existence des MZM et a renforcé l’idée que Microsoft était sur la bonne voie pour construire un ordinateur quantique topologique. Cependant, trois ans plus tard, l’un des chercheurs impliqués a découvert des divergences dans les calculs. Une enquête plus approfondie a révélé que certaines données avaient été sélectionnées pour mettre en valeur le signal souhaité, tout en ignorant d’autres qui jetaient le doute sur la découverte.

La réponse de Microsoft Chetan Nayak, le responsable du groupe de recherche, a répondu à la vague de scepticisme par un commentaire sur le blog de Scott Aaronson , professeur et informaticien américain connu pour ses travaux de vulgarisation dans le domaine de l'informatique quantique. « Les lecteurs de l'article de Nature auront probablement remarqué que l'article a été soumis à l'examen le 5 mars 2024 et publié le 19 février 2025. Au cours de l'année écoulée, nous avons continué à progresser », explique Nayak, ajoutant plusieurs détails techniques qui confirment la mesure d'au moins quatre modes zéro de Majorana et donc la nature topologique des qubits de Microsoft.

Il y a cependant un problème fondamental : ces résultats, qui ont clairement inspiré les célébrations publiques de Microsoft, ne peuvent pas encore être considérés comme « évalués par des pairs » et doivent donc inévitablement être pris avec des pincettes. Comme l’explique Aaronson, « la situation est la suivante : Microsoft affirme sans équivoque avoir créé un qubit topologique et vient de publier un article pertinent dans Nature, mais l’affirmation d’avoir créé un qubit topologique n’a pas encore été acceptée par l’examen par les pairs de Nature. » Des investissements énormes

En bref, il y a de fortes chances que Microsoft ait réellement accompli ce qu’il prétend, notamment « créer un nouvel état de la matière ». Il manque cependant la certitude scientifique d’un article évalué par des pairs, ce que l’entreprise n’a clairement pas voulu attendre avant d’annoncer en grande pompe la nouvelle découverte. « Si tout se confirmait et était évolutif comme le prétend Microsoft, nous serions certainement face à une découverte sensationnelle qui ouvrirait la voie à de nouvelles applications », conclut Calarco. « Mais si l’on s’en tient à ce que l’on lit dans Nature, pour l’instant la montagne a donné naissance à la fameuse souris. N’oublions pas que ces recherches nécessitent toutefois d’énormes investissements qui doivent être justifiés – y compris en interne au sein des grandes entreprises. Il est inévitable que la communication de ces résultats s’accompagne également d’un aspect fondamental de marketing scientifique. »