Microsofts Majorana 2 Chip hat Qubits mit 20 Sekunden Lebensdauer – und einen skalierbaren Quantencomputer bis 2029

Microsoft hat auf der Build 2026 in San Francisco Majorana 2 vorgestellt – den zweiten topologischen Quantencomputing-Chip des Unternehmens und einen bedeutenden Schritt nach vorne in einer Wette, die Microsoft seit über einem Jahrzehnt eingeht. Die Qubits in Majorana 2 haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 20 Sekunden, einige halten bis zu einer Minute. Diese Zahl ist im Quantencomputing enorm wichtig, wo die Fragilität der Qubit-Kohärenz historisch das zentrale Hindernis für den Bau von Systemen war, die nutzbringende Arbeit leisten können.

Zum Vergleich: Herkömmliche supraleitende Qubits, der Ansatz von IBM und Google, halten die Kohärenz typischerweise für Hunderte von Mikrosekunden bis zu wenigen Millisekunden aufrecht. Majorana 1, Microsofts erster topologischer Chip, der im Februar 2025 angekündigt wurde, war ein Proof-of-Concept, dass topologische Qubits hergestellt werden können. Majorana 2 stellt das dar, was CEO Satya Nadella auf der Build als "den Beginn des Engineering-Maßstabs" beschrieb – nicht nur der Nachweis der Physik, sondern auch die Demonstration der Fertigungsverbesserungen, die nötig sind, um zuverlässige Qubits in großer Stückzahl zu bauen.

Was topologische Qubits anders macht

Herkömmliche Qubit-Designs kodieren Quanteninformationen im Zustand eines einzelnen physikalischen Objekts – einer supraleitenden Schaltung, eines gefangenen Ions oder eines Photons – was sie inhärent empfindlich gegenüber Umgebungsrauschen macht. Ein streunendes elektromagnetisches Feld, eine Vibration oder ein kosmischer Strahl können den Quantenzustand kollabieren lassen und einen Fehler verursachen.

Topologische Qubits kodieren Informationen anders. Anstatt eines einzelnen physikalischen Objekts speichern topologische Qubits Quanteninformationen in den globalen Eigenschaften eines physikalischen Systems – genauer gesagt in der Konfiguration exotischer Quasiteilchen, den sogenannten Majorana-Fermionen, die an den Grenzflächen bestimmter Supraleiter-Halbleiter-Übergänge entstehen. Da die Information in einer topologischen Eigenschaft und nicht in einem lokalen Zustand kodiert ist, ist sie inhärent widerstandsfähiger gegen lokale Störungen. Umgebungsrauschen muss die gesamte globale Topologie des Systems stören, um einen Fehler zu verursachen, nicht nur ein einzelnes Teilchen perturbieren.

Dieser theoretische Schutz war der Reiz topologischer Qubits, seit der Ansatz erstmals vorgeschlagen wurde. Die Herausforderung bestand darin, zu zeigen, dass er in der Praxis funktioniert – dass Majorana-Fermionen tatsächlich in gefertigten Bauelementen erzeugt, kontrolliert und ausgelesen werden können. Majorana 1 lieferte die erste experimentelle Validierung. Majorana 2 verbessert die Qubit-Lebensdauer signifikant, die Metrik, die am direktesten bestimmt, ob topologische Qubits ihr theoretisches Versprechen einlösen können.

Der neue Materials Stack

Die wichtigsten Änderungen bei Majorana 2 liegen auf Materialebene. Der vorherige Ansatz verwendete Aluminium als Supraleiter in Kontakt mit dem Halbleiter Indiumarsenid (InAs). Majorana 2 ersetzt Aluminium durch Blei als Supraleiter und fügt Indiumarsenid-Antimonid (InAsSb) neben Indiumarsenid im aktiven Bereich des Halbleiters hinzu.

Blei hat eine deutlich größere supraleitende Lücke als Aluminium – die Energiebarriere, die den supraleitenden Zustand vor thermischer Störung schützt. Eine größere Lücke bedeutet größere Stabilität bei Betriebstemperaturen und mehr Robustheit gegenüber den Arten von thermischen und elektromagnetischen Fluktuationen, die Fehler verursachen. Die Indiumarsenid-Antimonid-Schicht modifiziert die Bandstruktur der Halbleiter-Supraleiter-Grenzfläche auf eine Weise, die eine stabilere topologische Phase erzeugt – das Regime, in dem Majorana-Fermionen entstehen und bestehen bleiben.

Diese Materialverbesserungen wurden mit Hilfe von Microsoft Discovery, der agentischen KI-Plattform des Unternehmens für wissenschaftliche Forschung (auf der Build 2026 als allgemein verfügbar angekündigt), identifiziert und optimiert. Microsoft betreibt eine Rückkopplungsschleife, bei der KI-Systeme helfen, Experimente zu entwerfen, Ergebnisse zu analysieren und Materialmodifikationen vorzuschlagen – dann setzt das Fertigungsteam diese Vorschläge um und die KI analysiert die Ergebnisse. Der Materials Stack von Majorana 2 ist teilweise ein Produkt dieser Mensch-KI-Zusammenarbeit in der Materialwissenschaft.

Zeitplan: 2029 statt 2033

Die kommerziell bedeutendste Ankündigung bei der Vorstellung von Majorana 2 ist die Überarbeitung des Zeitplans. Microsoft hatte zuvor einen "Utility-Scale"-Quantencomputer – einen, der praktische Probleme jenseits der Reichweite klassischer Computer lösen kann – für etwa 2033 prognostiziert. Dieser Zeitplan wurde auf 2029 verschoben, eine Beschleunigung um vier Jahre.

Microsofts Vision davon, was "skalierbares Quantencomputing" bedeutet, ist spezifisch: ein einzelner Chip mit über einer Million Qubits. Aktuelle Ansätze zur Quantenskalierung – einschließlich IBMs modularer Multi-Chip-Architektur, die Hunderte von logischen Qubits bis Ende der 2020er Jahre anstrebt – beinhalten die Verbindung mehrerer kleinerer Prozessoren. Microsoft glaubt, dass die Qubit-Stabilität und der kleinere physische Footprint des topologischen Ansatzes die Integration weitaus mehrerer Qubits auf einem einzigen Chip ermöglichen, um schließlich die Million-Qubit-Dichte zu erreichen, die für fehlertolerantes Rechnen ohne modulare Komplexität erforderlich ist.

Das Ziel für 2029 ist ambitioniert. Es erfordert nicht nur die Aufrechterhaltung der Verbesserungen von Majorana 2 im Maßstab, sondern auch die Lösung der Qubit-Kontrolle bei Dichten weit jenseits aktueller Demonstrationen, die effiziente Implementierung von Quantenfehlerkorrektur und die Integration klassischer Steuerelektronik mit der kryogenen Quantenhardware. Jede dieser Aufgaben ist eine erhebliche technische Herausforderung.

Wie Majorana 2 im Vergleich zum Feld abschneidet

Die Quantencomputing-Landschaft im Jahr 2026 umfasst mehrere glaubwürdige Ansätze parallel, jeder mit unterschiedlichen Trade-offs:

IBMs Roadmap zielt auf 100.000 physische Qubits bis 2033 ab, unter Verwendung supraleitender Transmon-Qubits in modularen verbundenen Prozessoren. IBMs kurzfristiger Vorteil ist, dass seine Hardware heute im Maßstab existiert – das Unternehmen hat über 100 Quantensysteme über die IBM Quantum Cloud verfügbar. Die Einschränkung besteht darin, dass die kürzeren Kohärenzzeiten supraleitender Qubits mehr Overhead für die Quantenfehlerkorrektur erfordern.

Googles Quantum AI-Team demonstrierte 2019 Quantenüberlegenheit und hat seitdem supraleitende Qubit-Arrays weiter skaliert. Googles Willow-Chip von 2024 demonstrierte Quantenfehlerkorrektur unterhalb der Schwelle – was bedeutet, dass mehr Qubits die Fehlerraten verbessern statt verschlechtern – ein bahnbrechendes Ergebnis. Googles Ansatz und Microsofts Ansatz ähneln sich im Substrat, unterscheiden sich jedoch in der Qubit-Designphilosophie.

IonQ, Quantinuum und andere verwenden Ionenfallen-Qubits, die von Natur aus längere Kohärenzzeiten als supraleitende Qubits und eine sehr hohe Gate-Fidelität aufweisen. Die Einschränkungen sind Betriebsgeschwindigkeit und Skalierung – Ionenfallen-Systeme sind im Vergleich zu supraleitenden Systemen langsam, und der Bau großer Arrays gefangener Ionen ist mechanisch komplex.

Microsofts topologischer Ansatz, falls die in Majorana 2 demonstrierten Verbesserungen der Qubit-Lebensdauer und -Stabilität auf größere Systeme skaliert werden, bietet einen potenziellen Weg zu den Qubit-Zahlen, die für fehlertolerantes Rechnen mit weniger Overhead als bei fehlerkorrekturlastigen Ansätzen erforderlich sind. Das "falls" trägt in diesem Satz erhebliches Gewicht – Majorana 2 ist ein Chip mit einer kleinen Anzahl demonstrierbarer topologischer Qubits, kein System, das Quantenalgorithmen ausführt. Aber die Qubit-Lebensdauer-Metrik ist überzeugend genug, dass der Ansatz neben den etablierteren Alternativen ernst genommen werden sollte.

Was 2029 tatsächlich bedeuten würde

Ein fehlertoleranter Quantencomputer mit praktischem Nutzen bis 2029 würde mehrere Industrien neu gestalten. Arzneimittelforschung und Materialwissenschaften sind die am häufigsten genannten Anwendungen: Die Quantensimulation molekularer Wechselwirkungen könnte Medikamente und neuartige Materialien entwerfen, die klassische Computer nicht genau modellieren können. Kryptographie ist die andere Hauptanwendung – Quantencomputer können RSA- und Elliptische-Kurven-Kryptographie in ausreichendem Maßstab brechen, weshalb die NIST-Post-Quanten-Kryptographie-Standards, die 2024 finalisiert wurden, existieren.

Der Zeitplan 2029 sollte als Ehrgeiz gelesen werden, nicht als Garantie. Zeitpläne für Quantencomputing sind historisch gesehen immer wieder nach hinten verschoben worden. Aber die Materialverbesserungen von Majorana 2 und die 20-Sekunden-Qubit-Lebensdauer sind experimentell verifizierte Ergebnisse, keine Prognosen – und diese Grundlage ist bedeutend besser als das, wo der topologische Ansatz vor 18 Monaten stand.

Quellen: Microsoft News; Tom's Hardware; The Next Web