Majorana 1

Majorana 1 est une puce quantique pouvant théoriquement accueillir jusqu'à un million de qubits, créé par Microsoft, pour l'informatique quantique ^[1] . Ce dispositif utilise des matériaux spéciaux dits supraconducteurs topologiques^[2] (un supraconducteur conduit l'électricité sans résistance quand il est très refroidi, et les « supraconducteurs topologiques » ont des propriétés particulières, utiles pour les ordinateurs quantiques). Ici, il s'agit de nanofils d'arséniure d'indium-aluminium, qui montrent des signes d'hébergement de ce qu'on appelle des « modes zéro de Majorana » (autrement dit, de quasi- particules de Majorana ^[3] ), qui sont des états quantiques spéciaux, voire uniques, pour lesquels la théorie prédit qu'ils ont des états électroniques protégés des perturbations extérieures, ce qui les rend très intéressants pour créer des qubits plus stables nécessaires au développement de l'informatique quantique.

En février 2025, Microsoft affirme pouvoir désormais utiliser ces modes zéro Majorana potentiels pour créer des qubits topologiques (baptisés Tétron) qui sont les unités de base d'un nouveau type possible d'ordinateur quantique dit « topologique » à grande échelle (ce tétron Majorana est un qubit topologique fondé sur la dégénérescence du niveau fondamental d'une île supraconductrice contenant quatre modes de Majorana^[4] , où l'« îlot supraconducteur flottant » est une « boîte à paires de Cooper », c'est à dire ici un élément supraconducteur en forme de H, composé de deux nanofils supraconducteurs parallèles [formant les deux barres verticales du H], d'un « backbone supraconducteur central » (la barre horizontale du H, qui permet selon Microsoft d'héberger quatre modes de Majorana (un à chaque extrémité des deux nanofils), de stabiliser la phase topologique, et de réaliser des mesures de parité en reliant les extrémités via des boucles d'interférence)^[5] . Si ceci est confirmé, Majorana 1 représenterait alors une avancée dans le projet de longue date de Microsoft visant à créer un ordinateur quantique basé sur des qubits topologiques ^{[6] ,[7]} . Cependant, Microsoft n'a pas publié de preuves complètes de présence de réelles particules de Majorana, et des doutes scientifiques argumentés ont plusieurs fois été publiés, dont dans la revue Nature ^{[réf.nécessaire]} , liés au fait qu'il est encore très difficile de différentier le mode Majorana des modes d'Andreev (qui eux ne présentent pas d'intérêt pour un ordinateur quantique).

Le nom Majorana 1 fait référence aux particules de Majorana ou « états de Majorana », qui sont des états quantiques (une sorte de particule, quasiparticules en réalité) se comportant comme leurs propres antiparticules, dont l'existence a été prédite par le physicien italien Ettore Majorana en 1937.

La recherche en informatique quantique est, depuis ses débuts, constamment confrontée à des défis de stabilité et d'évolutivité des qubits.

Les qubits traditionnels (comme ceux basés sur des circuits supraconducteurs ou des ions piégés), sont en effet très sensibles au « bruit » et à la décohérence quantique, qui causent des erreurs dans le calcul quantique. Pour surmonter ces limitations, les chercheurs explorent diverses approches pour construire des ordinateurs quantiques plus robustes et tolérants aux pannes.

Les qubits topologiques, théorisés pour la première fois en 1997 par Alexei Kitaev et Michael Freedman ^{[8] ,[9]} , sont l'une des solutions les plus prometteuses ; permettant, théoriquement, de coder l'information quantique d'une manière intrinsèquement protégée des perturbations environnementales.
Cette protection provient des propriétés topologiques du système, qui résistent aux perturbations locales. L'approche de Microsoft, basée sur les fermions de Majorana dans les hétérostructures semi-conductrices-supraconductrices, est l'un des nombreux efforts visant à réaliser l'informatique quantique topologique.

Après 20 ans de recherches, en février 2025, Microsoft affirme avoir créé un nouvel état de la matière (l'état de Majorana), qui grâce à un nouveau topoconducteur (alliage complexe d'arséniure d'indium et l'aluminium) a permis de créer la nouvelle puce Majorana 1, à 8 qubits topologiques.

Un article de 2026 explique que des chercheurs ont pu fabriquer de toutes petites chaînes quantiques, composées seulement de deux ou trois « sites » (des boîtes quantiques reliées par un supraconducteur), pour étudier comment apparaissent les modes de Majorana (les états spéciaux que Microsoft veut utiliser pour créer des qubits très stables) ; en réglant précisément les paramètres du système, on peut atteindre un point idéal (sweet spot), où ces modes apparaissent à énergie nulle aux extrémités de la chaîne. L'étude a testé la solidité de ces états en perturbant le système et en ajoutant une boîte quantique supplémentaire pour voir si ces Majorana restaient bien séparés. Résultat : au sweet spot, il n'y a pas de séparation d'énergie, ce qui montre que les Majorana sont bien localisés, même dans une chaîne extrêmement courte, ce qui laisse penser qu'on peut observer des comportements typiques des Majorana dans des dispositifs très simples et miniaturisés^[21] .

Une autre étude, également parue dans Nature en 2026 montre une réalisation d'une version minimale de la chaîne de Kitaev, composée de seulement deux sites, qui crée déjà une paire de « poor man's Majoranas », sur laquelle les auteurs (en 2025) ont créé une nouvelle méthode de lecture basée sur la capacitance quantique, permettant de mesurer directement la parité en temps réel, en observant des sauts aléatoires entre les deux états de parité, avec des durées de vie dépassant la milliseconde. En parallèle, une mesure de charge montre que les deux états de parité sont électriquement indiscernables tant qu'on ne couple pas les Majoranas. Cette avancée est selon les auteurs la première méthode fiable pour lire la « parité dans le temps », qui était jusqu'ici un obstacle majeur pour contrôler des qubits de Majorana^[22] .

Le 2 juin 2026, Microsoft annonce^[23] une nouvelle avancée, présentée comme majeure en informatique quantique avec Majorana 2, qui serait environ 1 000 fois plus performante (en termes de stabilité des qubits, autrement dit en termes de durée de cohérence des qubits) que Majorana 1. Elle permettrait des durées de stabilité atteignant 20 secondes voire parfois une minute (contre 1 et 12 millisecondes avec Majorana 1), ouvrant la voie vers un possible ordinateur quantique commercialement utile avant 2029^[24] .

Cette annonce a été jumelée avec avec une promotion de Microsoft Discovery (la nouvelle plate-forme d'IA agentique de Microsoft, axée sur la recherche ouverte, spécialisés dans la R&D scientifique ; dotée d'un moteur de pilotage de workloads de recherche et de raisonnement ; associés à des règles de gouvernance) qui a servi a accélérer l'amélioration de la puce Majorana^{[25] ,[24]} . Ces avancées seraient aussi liés à l'usage d'un supraconducteur à gap plus grand (au plomb, plutôt qu'à base d'aluminium dans la version 1 de la puce) et au renforcement du spin‐orbit par une hétérostructure optimisée sur substrat GaSb, ainsi qu'à des simulations d'ingénierie atomique pilotées par l'IA, et à une technique de mesure radiofréquence (RF) haute précision permettant de détecter les états de basse énergie aux extrémités des nanofils et de mesurer directement leur splitting énergétique (à la résolution du micro‐électronvolt)^{[26] ,[27]} .

Toutefois, ces progrès, ont été, comme lors de l'annonce de Majorana 1, mis en doute par une partie de la communauté scientifique, qui a accueilli ces annonces avec un scepticisme marqué^[28] , dont dans la revue Nature^{[29] ,[30] ,[31]} .

• Henry Legg (physicien théoricien à l'université de St Andrews au Royaume-Uni) estime que rien, dans le document publié, ne démontre que le dispositif constitue réellement un qubit^[32] ;
• Vincent Mourik (physicien expérimental au centre de recherche de Jülich en Allemagne) voit là une nouvelle étape dans ce qu'il décrit comme une décennie de résultats peu fiables publiés par Microsoft^[33] .

La critique vise une lacune méthodologique précise : prouver qu'un qubit fonctionne requiert deux types de mesures, dites X et Z ; Dans le contexte de l'informatique quantique, les mesures X et Z désignent deux façons complémentaires d'interroger un qubit selon des axes différents de son espace d'états : la mesure Z révèle si le qubit est dans l'état « 0 » ou « 1 » (comme un bit classique), tandis que la mesure X révèle s'il se trouve dans une superposition de ces deux états — et seul un dispositif capable de réussir les deux types de mesures prouve qu'il manipule bien un vrai qubit quantique, et non un simple système binaire classique déguisé.
Or, la nouvelle publication ne présente que des mesures Z, ce qui, pour les détracteurs, ne suffit pas à valider les affirmations de l'entreprise^[33] . Ce débat n'est pas nouveau et évoque le fait que Microsoft avait déjà dû retirer en 2018 un article publié dans la revue Nature prétendant apporter la preuve de l'existence des particules de Majorana (et les doutes exprimés à l'époque n'ont jamais été pleinement dissipés).

De leur côté, les chercheurs de Microsoft estiment, dans un article de recherche interne daté du 2 juin 2026^[27] , que ces durées de vie de parité sont maintenant supérieures de plusieurs ordres de grandeur aux temps de fonctionnement typiques des qubits (qui sont de l'ordre de la microseconde) ; et que cette percée rapproche ses prévisions de celles d'autres acteurs du secteur (comme Cloudflare et Google – qui ont déjà averti que les machines quantiques pourraient briser, plus tôt qu'attendu, les normes de cryptage qui sous-tendent la sécurité numérique moderne)^[34] , ce qui rend urgent de préparer les infrastructures numériques à l'ère post‐quantique, en raison des risques futurs pour la cryptographie et la sécurité des systèmes^[25] .

On reproche à Microsoft d'avoir choisi de ne publier que les mesures Z — celles qui donnent les résultats les plus favorables (20 secondes) — en laissant de côté la mesure X, pourtant indispensable pour valider pleinement un qubit. Le papier lui-même reconnaît que « explorer ces effets sera une direction importante pour de futurs travaux », ce qui confirme l'omission^[35] .

Microsoft a introduit le terme topoconducteur pour décrire le matériau sur lequel Majorana 1 est basé. Dans son communiqué de presse de février 2025, Microsoft définit ce néologisme comme une « classe de matériaux [qui] permet... la supraconductivité topologique »^[3] .

Ces matériaux ont été largement théorisés pour permettre la création et la manipulation de modes zéro de Majorana, qui pourraient ensuite servir de base aux qubits topologiques^{[36] ,[37]} . Les supraconducteurs topologiques se caractérisent par leur structure de bande électronique unique, qui donne naissance à des états de surface dits topologiquement protégés^[38] . Ces états de surface sont robustes (face au désordre et aux imperfections), ce qui les rend idéaux pour héberger les modes zéro de Majorana. Le topoconducteur de Microsoft est composé d'arséniure d'indium et d'aluminium^[39] .

Les livres blancs internes de Microsoft décrivent une architecture basée sur des topoconducteurs qui facilite les processus de tressage, des opérations clés pour une logique de qubit résistante aux erreurs^{[40] ,[41]} . Le tressage consiste à échanger les positions des modes zéro de Majorana de manière contrôlée, ce qui peut être utilisé pour effectuer des calculs quantiques. Ce processus est intrinsèquement tolérant aux pannes car la protection topologique des modes de Majorana les rend résistants aux perturbations locales.

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé «Majorana 1» (voir la liste des auteurs).