Majorana 2: Microsofts Qubits werden dank Blei stabiler

Microsoft nutzt bei seinen Quantencomputerplänen mit topologischen Qubits und Majorana-Moden einen recht exotischen Ansatz. Ein erster Prototyp wurde Anfang 2025 gezeigt, nun wollen die Forscher von Microsoft Quantum diesen deutlich verbessert haben(öffnet im neuen Fenster). Während die Forscher zu Majorana 1 noch im Fachmagazin Nature veröffentlichten, luden sie zum aktuellen Stand lediglich ein technisches Paper (PDF)(öffnet im neuen Fenster) hoch.

Dabei sind die Fortschritte beachtlich: Durch die Verwendung anderer Materialien konnte die Lebensdauer der Tetrons von zuvor 1-12 ms auf über 20 s gesteigert werden, einige sollen sogar bis zu einer Minute stabil sein. Ein Tetron fasst dabei vier Quasipartikel über die Parität zu einem gemeinsamen Zustand zusammen. Der ist stabiler als die Einzelpartikel, die Tetrons können als Qubits genutzt werden. Die Verlängerung der Lebensdauer erreichten die Forscher über einen Neuentwurf des Materialstapels.

Grundlage ist ein Wafer aus Galliumantimonid (GaSb), was zu weniger Defekten aufgrund einer besseren Passung zur Gitterstruktur der nachfolgend aufgebrachten Halbleiter führt. Hier werden zunächst Indiumarsenid mit Antimonbeimischung, dann eine Schicht aus reinem Indiumarsenid für die Quantentöpfe (Quantum Wells) genutzt.

Für die supraleitenden Nanodrähte kommt statt Aluminium Blei zum Einsatz. Damit wird ein wesentlich größerer topologischer Bandabstand erreicht, was die Anfälligkeit gegenüber Störeinflüssen verringert.

Nachdem Majorana 1 lediglich einzelne Tetrons demonstrierte, haben die Forscher beim neuen Chip vier zu einer Einheitszelle (unit cell) zusammengefasst. Daraus sollen sich dann, analog zu den Standardzellen der Digitallogik, Quantenprozessoren unterschiedlicher Größe zusammensetzen lassen.

Die Interaktion zwischen Qubits einer Einheitszelle erfolgt dabei über gemeinsame Quantenpunkte. Zur Verknüpfung von Qubits in verschiedenen Einheitszellen muss die Parität gemessen und der Wert elektronisch weitergeleitet werden. Die entsprechenden Verbindungen dafür sieht das Design bereits vor.

Auch Majorana 2 ist allerdings weit davon entfernt, ein Quantenprozessor zu sein. Gerechnet wurde damit bislang nichts, Microsofts Forscher haben lediglich Messungen zur Lebensdauer der Parität durchgeführt. Auch Quantengatter demonstrieren die Forscher weiterhin nicht, was bereits ein großer Kritikpunkt an Majorana 1 war.

Zwar sind Verknüpfungen zwischen den einzelnen topologischen Qubits vorhanden, genutzt wurden die bislang aber nicht. Die Forscher scheinen das allerdings als den kleineren Schritt zu sehen.