Microsofts Quantenchip-Upgrade: 1000-fache Verbesserung, doch Physiker bleiben skeptisch

Es klang nach einem Paukenschlag: Eine mehr als tausendfache Verbesserung einer entscheidenden Kennzahl, ein neues Kapitel im Rennen um den fehlertoleranten Quantencomputer. Microsoft präsentierte Anfang Juni auf seiner Build-Konferenz den Majorana 2, die nächste Generation seines topologischen Quantenchips. Doch was das Unternehmen als Durchbruch feiert, stößt in der Fachwelt auf tiefe Skepsis. „Nichts in diesem Preprint löst die grundlegenden Probleme“, sagt der Physiker Henry Legg von der University of St Andrews. Der Fall wirft ein Schlaglicht auf eine Technologie, die atemberaubende Versprechen mit einer Geschichte spektakulärer Rückzieher verbindet.

Das Versprechen der topologischen Qubits

Quantencomputer könnten die Wissenschaft revolutionieren - von der Medikamentenentwicklung über die Kosmologie bis zur Materialforschung. Ihr Potenzial beruht auf Qubits, die gleichzeitig 0 und 1 sein können und so Rechenwege parallel erkunden. Das große Problem: Qubits sind extrem störanfällig. Schon winzige äußere Einflüsse lassen die fragilen Quantenzustände zerfallen und verfälschen Berechnungen. Microsoft setzt deshalb auf einen grundlegend anderen Ansatz: topologische Qubits. Dabei werden Elektronen in supraleitenden Drähten bei ultrakalten Temperaturen so manipuliert, dass sie sich kollektiv wie ein einziges Teilchen verhalten - ein sogenanntes Majorana-Quasiteilchen. Die Information wird nicht lokal in einem einzelnen Teilchen gespeichert, sondern „nichtlokal“ über zwei Enden eines Drahtes verteilt. Ähnlich wie beim Verdrillen schwacher Fasern zu einem starken Seil soll diese Verschränkung die Qubits von Natur aus widerstandsfähiger gegen Rauschen machen. Theoretisch ließen sich so Millionen fehlertoleranter Qubits auf einem einzigen Chip unterbringen - ein entscheidender Vorteil im Wettlauf um den ersten praktisch nutzbaren Quantencomputer.

Der neue Chip: Blei statt Aluminium

Der nun vorgestellte Majorana-2-Chip unterscheidet sich von seinem Vorgänger vor allem durch einen Materialtausch. Statt Aluminium verwendet das Team um den Microsoft-Physiker Chetan Nayak Blei als Supraleiter. „Es klingt eigentlich nach einer verrückten Idee“, räumte Nayak bei einer Pressekonferenz ein, denn üblicherweise versuche man, Blei in solchen Bauteilen zu vermeiden. Der Wechsel habe jedoch eine zentrale Eigenschaft drastisch verbessert: die Paritätslebensdauer. Diese Kennzahl gibt an, wie lange die Information darüber, ob sich eine gerade oder ungerade Anzahl von Elektronen im Draht befindet, erhalten bleibt, bevor sie durch zufälliges Rauschen zerstört wird. Lag dieser Wert beim Vorgängerchip noch im Millisekundenbereich, soll er nun bei rund 20 Sekunden liegen. „Wir sehen eine mehr als 1000-fache Verbesserung dieser kritischen Metrik“, betonte Nayak. In einem begleitenden Blogbeitrag kündigte Microsoft an, die technologische Roadmap zu beschleunigen und bereits 2029 skalierbares, praktisches Quantencomputing demonstrieren zu wollen.

Eine Geschichte der Rückschläge

Doch die Ankündigung fällt in ein Umfeld, das von Misstrauen geprägt ist. Microsofts topologische Quantenforschung hat eine bewegte Vergangenheit. 2021 musste das Unternehmen eine vielbeachtete Veröffentlichung in der Zeitschrift Nature zurückziehen, nachdem externe Experten nachwiesen, dass die präsentierten Daten ebenso gut von Materialfehlern stammen konnten wie von einem echten topologischen Qubit. Auch spätere Publikationen und die Vorstellung des Majorana-1-Chips im vergangenen Jahr stießen auf ähnliche Bedenken. Der Physiker Sergey Frolov von der University of Pittsburgh bringt die Stimmung in der Community auf den Punkt: „Wenn heutzutage der Name Microsoft fällt, kichern Physiker und Quantencomputing-Spezialisten nur noch oder ziehen die Augenbrauen hoch.“ Der neue Preprint, der noch kein Peer-Review durchlaufen hat, baue auf genau diesen umstrittenen Ergebnissen auf. Frolov verweist darauf, dass ein ähnlicher, im letzten Sommer eingereichter Preprint bis heute nicht in einer Fachzeitschrift erschienen sei - ein starkes Indiz dafür, dass führende Journale ihn abgelehnt hätten.

Die Kritik: Fehlende Beweise und Einzelgeräte

Die zentralen Einwände der Kritiker lassen sich in mehreren Punkten zusammenfassen:

• Unvollständige Qubit-Demonstration: Um ein funktionierendes Qubit nachzuweisen, sind zwei Arten von Messungen nötig, die sogenannten X- und Z-Messungen. Der neue Preprint enthält ausschließlich Z-Messungen. Beim Vorgängerchip hatte Microsoft zwar beide vorgelegt, doch viele Fachleute blieben von den X-Messungen nicht überzeugt. „Nichts in den präsentierten Daten beweist die Existenz eines topologischen Qubits oder von Majoranas in diesen Bauelementen“, sagt Henry Legg.
• Mangelnde Reproduzierbarkeit: Die gezeigten Daten stammen offenbar von einer Handvoll vermeintlicher Treffer auf einem einzigen Chip. „Man kann etwas Erstaunliches auf einem Gerät sehen und es nie wieder reproduzieren, weil es nur ein zufälliges Artefakt ist“, warnt Legg. Was die Physik-Community brauche, seien Messungen an vielen Geräten - genau das bleibe die Arbeit schuldig.
• Niedrige wissenschaftliche Standards: Legg urteilt hart: „Wenn das von irgendeiner anderen Gruppe oder einem Doktoranden käme, würde es niemals das Peer-Review überstehen.“

Nicht alle Stimmen sind jedoch ablehnend. Der Physiker Kartiek Agarwal vom Argonne National Laboratory sieht in der neuen Methode, mit der das Team die nichtlokalen Eigenschaften der Majoranas untersucht hat, einen Fortschritt. „Das ist fantastischer Fortschritt“, sagt er und meint, die Ergebnisse untermauerten den Fall, dass es sich tatsächlich um Majoranas handele.

Ausblick: Wettlauf mit offenem Ausgang

Microsofts Vizepräsident Jason Zander bemühte bei der Pressekonferenz einen historischen Vergleich: „Bell Labs musste nicht beweisen, dass es ein Elektron gibt, um den Transistor zu erfinden.“ Das Unternehmen sieht sich am Beginn eines neuen Kapitels und hält an seiner Überzeugung fest, die Theorie der Majoranas real nachgewiesen zu haben. Die Diskrepanz zwischen unternehmerischer Erzählung und wissenschaftlicher Skepsis könnte kaum größer sein. Der Fall illustriert eine grundsätzliche Spannung im Quantencomputing: Während Tech-Konzerne Milliarden investieren und Meilensteine verkünden, pochen unabhängige Forscher auf die langsamen, aber verlässlichen Mechanismen der Peer-Review. Ob Microsofts topologischer Ansatz tatsächlich den ersehnten Durchbruch bringt oder ein weiteres Kapitel in einer Reihe von Rückschlägen schreibt, wird sich erst dann klären, wenn die versprochenen Multi-Qubit-Systeme unabhängig überprüfbar sind. Bis dahin bleibt der Majorana-Chip ein faszinierendes Versprechen mit einer schweren Hypothek.

Quellen:

• Training, not silence: With support, teachers can address racism, xenophobia in any classroom (Phys.org)
• Q&A: How researchers are building next-gen quantum computers (Phys.org)
• Scientists finally complete Schrödinger’s 100-year-old color theory (ScienceDaily - All)
• Microsoft’s upgraded Majorana quantum computing chip fizzles with physicists (Scientific American)
• Key Chemistry Question Answered, No Quantum Computer Required (Quanta Magazine)
• Microsoft’s quantum chip got an upgrade. Critics are still skeptical (Science News)

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