Microsofts Quantenchip Majorana 2: 1000-fach stabiler - doch Physiker zweifeln an den Grundlagen

Es klingt nach einem Durchbruch, der die Quanteninformatik um Jahre voranbringen könnte: Microsoft hat einen neuen Quantenchip vorgestellt, dessen Recheneinheiten Informationen tausendmal länger fehlerfrei speichern als die des Vorgängers. Der Majorana 2 getaufte Prozessor erreiche eine mittlere Kohärenzzeit von 20 Sekunden, in Spitzen sogar eine Minute - ein Wert, der in der Branche üblicherweise in Millisekunden gemessen wird. Doch während das Unternehmen seinen Zeitplan für einen praxistauglichen Quantencomputer auf 2029 halbiert, reagieren viele Physiker mit Kopfschütteln. „In diesem Paper gibt es nichts, was zeigt, dass das ein Qubit ist“, sagt Henry Legg, theoretischer Physiker an der University of St Andrews. Die Kontroverse um Microsofts topologischen Ansatz ist damit um ein Kapitel reicher - und grundlegender denn je.

Was ist Majorana 2 - und was soll er können?

Der neue Chip ist die zweite Generation von Microsofts topologischen Quantenprozessoren. Anders als die supraleitenden Qubits von IBM oder Google oder die Ionenfallen-Konkurrenz setzt der Konzern auf sogenannte Majorana-Nullmoden (MZMs). Diese exotischen Quasiteilchen entstehen unter extremen Bedingungen in winzigen supraleitenden Drähten, wenn Elektronen kollektiv so agieren, als wären sie ihre eigenen Antiteilchen - eine Vorhersage des italienischen Physikers Ettore Majorana aus den 1930er-Jahren. Die Information wird dabei nicht in einem einzelnen Teilchen gespeichert, sondern in der Parität, also der geraden oder ungeraden Elektronenzahl in einem topologischen Supraleiter. Weil die Qubits so über mehrere Teilchen „verschmiert“ sind, sollen sie von Natur aus unempfindlicher gegen äußere Störungen sein - ein entscheidender Vorteil auf dem Weg zu fehlertoleranten Rechnern.

Majorana 2 besteht aus einem Materialstapel, der den Halbleiter Indiumarsenid-Antimonid mit einem Supraleiter aus Blei kombiniert. Der Wechsel von Aluminium auf Blei war ein mutiger Schritt: „Die Leute versuchen normalerweise, Blei aus allem herauszuhalten“, räumte Microsofts technischer Fellow Chetan Nayak bei einer Pressekonferenz ein. „Es klingt eigentlich nach einer verrückten Idee.“ Doch genau dieser Wechsel habe die „topologische Lücke“ - die energetische Barriere, die die Qubits vor Rauschen schützt - verdoppelt und so die drastisch verlängerten Kohärenzzeiten ermöglicht. Zudem half künstliche Intelligenz, die Dotierung der Materialien Atom für Atom zu optimieren. Agentische KI-Systeme durchforsteten fast zwei Jahrzehnte Messdaten, um die ideale Rezeptur zu finden, und verkürzten Experimentierzeiten nach Angaben von Microsoft um Größenordnungen.

Der technologische Sprung: Blei, KI und eine gewagte Roadmap

Die nackten Zahlen klingen beeindruckend: Lag die Kohärenzzeit des ersten Majorana-Chips noch zwischen einer und zwölf Millisekunden, so erreicht Majorana 2 nun im Mittel 20 Sekunden - ein Faktor 1000. In Einzelfällen hielten die fragilen Quantenzustände sogar bis zu einer Minute durch. Das Unternehmen sieht sich dadurch bestätigt und hat seinen Zeitplan für einen skalierbaren, fehlertoleranten Quantencomputer von ursprünglich zehn auf nunmehr drei Jahre verkürzt. „Wir müssen uns jedes Jahr verbessern, um einen Computer zu liefern, der nach unserer Überzeugung massiven kommerziellen und gesellschaftlichen Wert haben wird“, erklärte Nayak. „Und wo stehen wir im Vergleich zum Vorjahr? Wir sind tausendmal besser.“

Doch der Fortschritt beruht auf einer Kette von Annahmen, die in der Fachwelt seit Jahren umstritten sind. Die Existenz der Majorana-Nullmoden selbst ist der zentrale Streitpunkt. Zwar hat Microsoft im vergangenen Jahr in Nature publiziert und auf einer Physiktagung zusätzliche Daten vorgelegt, doch viele Forscher halten die Beweise für nicht ausreichend. Sie argumentieren, dass die beobachteten Signale auch von Materialdefekten oder anderen Störeffekten stammen könnten - nicht von echten topologischen Qubits. Die neue Vorabveröffentlichung auf arXiv, die noch kein Peer-Review durchlaufen hat, ändert daran wenig.

Die Skepsis der Fachwelt: „Man sieht etwas Erstaunliches in einem Bauteil und nie wieder“

Die Liste der Kritikpunkte ist lang und wird von namhaften Physikern vorgetragen:

• Mangelnde Reproduzierbarkeit: Henry Legg bemängelt, dass die Daten nur von einer Handvoll Messungen an einem einzigen Chip stammen. „Man kann etwas Erstaunliches in einem Bauteil sehen und es dann nie wieder, weil es einfach ein zufälliges Artefakt ist.“
• Fehlender Qubit-Nachweis: „In diesem Paper gibt es nichts, was zeigt, dass das ein Qubit ist“, so Legg. Die gezeigten Eigenschaften könnten auch von gewöhnlichen elektronischen Zuständen herrühren.
• Zweifelhafte Publikationshistorie: Vincent Mourik vom Forschungszentrum Jülich sagt: „Ich glaube, das ist nur ein weiterer Schritt in Microsofts fast jahrzehntelanger Geschichte unzuverlässiger Ergebnisse.“
• Zurückgezogene Veröffentlichungen: 2021 musste Microsoft eine vielbeachtete Nature-Arbeit zurückziehen, nachdem externe Experten aufzeigten, dass die Daten nicht zwingend topologische Qubits belegten. Auch ein früheres arXiv-Preprint des Unternehmens wurde bis heute nicht in einer Fachzeitschrift angenommen - für Sergey Frolov von der University of Pittsburgh ein Zeichen, dass Top-Journale es abgelehnt haben.
• Fehlende unabhängige Validierung: Frolov bringt die Stimmung auf den Punkt: „Wenn heutzutage der Name Microsoft fällt, kichern Physiker und Quantencomputer-Spezialisten nur noch oder ziehen die Augenbrauen hoch.“

Microsoft hält dagegen. Jason Zander, Leiter des Quantenteams, bemühte bei der Pressekonferenz einen historischen Vergleich: „Bell Labs musste auch nicht beweisen, dass es ein Elektron gibt, um den Transistor zu erfinden.“ Und Nayak ergänzte, man habe sehr wohl die Existenz der Majorana-Theorie nachgewiesen. Doch solche Analogien überzeugen die Kritiker nicht, denn ohne einen funktionierenden Qubit-Baustein lässt sich kein Quantencomputer bauen - und genau dieser Nachweis steht nach ihrer Ansicht weiterhin aus.

Der Weg zum fehlertoleranten Quantencomputer - und was auf dem Spiel steht

Unabhängig vom Ausgang der Debatte zeigt der Fall, wie hoch die Einsätze in der Quanteninformatik sind. Ein fehlertoleranter Rechner, der tatsächlich Millionen topologischer Qubits auf einem Chip vereint, könnte Probleme lösen, die selbst den leistungsfähigsten Supercomputern heute verschlossen bleiben - von der Entwicklung neuer Materialien und Medikamente bis zur Optimierung globaler Lieferketten. Microsofts Ansatz verspricht dabei eine inhärente Hardware-Fehlerkorrektur, die den enormen Overhead konkurrierender Plattformen überflüssig machen würde. Sollte das Unternehmen recht behalten, wäre es seinen Rivalen um Jahre voraus.

Doch die Wissenschaft lebt von überprüfbaren Fakten. Bislang hat Microsoft keine unabhängige Bestätigung vorgelegt, dass seine Chips tatsächlich topologische Qubits enthalten. Die neue Vorabveröffentlichung wird daran kaum etwas ändern, solange sie nicht von mehreren Laboren reproduziert wird. „Wenn das von irgendeiner anderen Gruppe oder einem Doktoranden käme, würde es niemals durch ein Peer-Review kommen“, sagt Legg. Die nächsten Monate werden zeigen, ob Microsoft belastbare Daten nachliefern kann - oder ob Majorana 2 nur ein weiteres Kapitel in einer langen Reihe umstrittener Ankündigungen bleibt. Bis dahin bleibt der Traum vom topologischen Quantencomputer genau das: ein faszinierender, aber unbewiesener Traum.

Quellen:

• Atom-based quantum computers are catching up in the race to usefulness (New Scientist)
• Doubling down on controversial claims, Microsoft accelerates quantum computing plans (Science - News)
• Nanomagnets control diamond qubits, pointing to more scalable quantum hardware (Phys.org)
• Microsoft upgrades controversial quantum chip - researchers are still sceptical (Nature - News)
• Microsoft’s new quantum chip is 1,000 times more reliable than its predecessor - but why is this new chip so controversial? (Live Science)
• Microsoft’s upgraded Majorana quantum computing chip fizzles with physicists (Scientific American)

// weiterlesenMAI-Image-2.6 von Microsoft: Verfügbarkeit, Preise und TestBenchmarksMicrosofts Quantenchip-Upgrade: 1000-fache Verbesserung, doch Physiker bleiben skeptischTechnologie400 Millionen Dollar für 8 Nanometer: Wie ASML das Mooresche Gesetz rettetTechnologie

Kinetyra