Il nome di Ettore Majorana continua ad affascinare tanto gli studiosi quanto il grande pubblico, per due motivi principali: da una parte, la sua misteriosa sparizione, ancora oggi avvolta nell’incertezza storica; dall’altra, la profondità speculativa delle sue intuizioni teoriche, sorprendentemente in anticipo sui tempi. A oltre un secolo dalla sua nascita, Majorana torna oggi alla ribalta in un contesto di sviluppo scientifico e tecnologico avanzato: Microsoft ha presentato Majorana 1, un nuovo chip quantistico che utilizza le cosiddette quasi-particelle di Majorana (eccitazioni quantistiche che si comportano come particella e antiparticella al tempo stesso) al posto degli elettroni. Una vera e propria rivoluzione che potrebbe dare a Majorana 1 la stessa importanza che hanno avuto i tubi a vuoto e successivamente i transistor nel campo dei calcoli informatici.
Ettore Majorana: tra mito e scienza
La figura di Ettore Majorana è considerata una delle più eminenti della fisica teorica italiana del Novecento. Membro del gruppo dei “ragazzi di via Panisperna” – guidato da Enrico Fermi – Majorana si distinse per una capacità di astrazione e profondità teorica che lo stesso Fermi paragonava a quella di Galileo e Newton. Tuttavia, la sua biografia è segnata da un episodio che ha profondamente influenzato la percezione pubblica del personaggio: nel marzo del 1938, poco più che trentenne, Majorana scomparve misteriosamente, senza lasciare tracce, dando origine a un fitto corpus di speculazioni, note nel loro insieme come il “Mito di Majorana”.
Una delle letture più suggestive sostiene che il fisico, ispirato al romanzo Il fu Mattia Pascal di Luigi Pirandello, abbia scelto di sparire volontariamente per vivere nell’anonimato. Secondo alcuni studiosi, questa decisione sarebbe stata dettata da ragioni etiche: Majorana, avendo intravisto le potenziali applicazioni distruttive delle ricerche sull’atomo — che di lì a poco avrebbero condotto alla bomba nucleare — si sarebbe ritirato nell’ombra, lontano dal consesso scientifico.
Le ricostruzioni più pittoresche lo collocano in luoghi diversi e con identità differenti: in Sud America (tra Argentina e Venezuela), nel silenzio del monastero della Certosa di Serra San Bruno, in Calabria, o persino nei panni di un certo Tommaso Lipari, uomo dalle straordinarie doti matematiche, con una cicatrice sulla mano identica a quella del fisico siciliano e un bastone inciso con la data di nascita di Majorana (5 agosto 1906). Nessuna di queste ipotesi, tuttavia, ha mai trovato conferma, lasciando la figura di Majorana sospesa: un’identità forse mai definita fino in fondo.
Ben diverso è il destino delle sue elaborazioni teoriche, che hanno continuato a esercitare una profonda influenza sulla fisica contemporanea. Nel 1937 Majorana ipotizzò l’esistenza di particelle – oggi note come fermioni di Majorana – che coincidono con la propria antiparticella. Un’intuizione rimasta a lungo speculativa, ma che oggi trova applicazione in uno degli ambiti più promettenti della tecnologia: la computazione quantistica. Per comprendere appieno la portata di questa intuizione – e il valore del progetto Majorana 1 – è necessario ripercorrere brevemente i principi della meccanica quantistica applicata al calcolo.
I fondamenti della computazione quantistica
La computazione quantistica si basa su due concetti fondamentali della meccanica quantistica: la sovrapposizione e l’entanglement. In un sistema classico, l’informazione è codificata in bit, che possono assumere solo uno tra due stati (0 o 1). I qubit, invece, possono trovarsi in una combinazione lineare di stati, ovvero in sovrapposizione, consentendo un’elaborazione simultanea di molteplici configurazioni di valore logico (0 e 1 allo stesso tempo, in varie combinazioni). In altri termini, un qubit può trovarsi simultaneamente in molteplici configurazioni, permettendo ai computer quantistici di trattare quantità di dati enormemente superiori e di effettuare calcoli a una velocità impensabile per i sistemi tradizionali.
Per visualizzare il concetto, possiamo ricorrere alla metafora della moneta: un bit classico equivale a una moneta posata sul tavolo, che mostra testa o croce; un qubit, invece, è come una moneta che ruota su se stessa, assumendo tutti gli stati contemporaneamente.
Qual è allora la difficoltà dei computer quantistici attuali? Il limite dei sistemi attuali risiede nella loro fragilità. I qubit tradizionali – basati su elettroni, fotoni o ioni – sono estremamente sensibili al rumore e alle perturbazioni ambientali. Per mantenerli operativi, è necessario introdurre complessi protocolli di correzione degli errori (per ogni qubit utile per il calcolo servono centinaia o migliaia di qubit aggiuntivi dedicati al controllo e alla correzione degli errori). Questo aspetto rappresenta oggi uno dei principali ostacoli alla scalabilità dei computer quantistici.
Come si può superare questa barriera? Con Majorana 1, Microsoft ha introdotto una nuova tipologia di qubit basata sulle quasi-particelle di Majorana, concepita per essere più stabile per natura e capace di ridurre in misura considerevole la necessità di correzione.
L’architettura topologica e i qubit di Majorana
Come si è arrivati a questo risultato? Dopo oltre 17 anni di ricerca, il team di Microsoft è riuscito a osservare e controllare le quasi-particelle di Majorana, utilizzandole per realizzare una nuova tipologia di qubit: i qubit topologici. Si tratta di un’architettura che non utilizza elettroni per elaborare l’informazione, ma si basa su stati quantistici stabili, descritti da proprietà topologiche della materia.
Che cosa si intende esattamente per topologia fisica? Possiamo chiarirlo con un esempio semplice: una tazza e una ciambella. Se deformiamo una tazza fino a trasformarla in una ciambella, la geometria esterna cambia, ma la presenza del buco rimane invariata. Quel buco rappresenta una proprietà topologica che resiste alle deformazioni, proprio come l’informazione nei qubit topologici resiste agli errori. In questo senso, l’informazione non è registrata in caratteristiche locali e fragili, ma in proprietà strutturali difficilmente alterabili.
Come si spiega la particolare stabilità dei qubit topologici? La stabilità dei qubit topologici è resa possibile dalla natura delle particelle di Majorana: quando interagiscono, possono solo annichilirsi completamente o coesistere stabilmente. Non esistono stati intermedi. Questa logica “tutto o niente” rende i qubit topologici naturalmente meno vulnerabili agli errori, a differenza dei qubit tradizionali, estremamente sensibili a qualunque perturbazione ambientale.
Cosa rappresenta concretamente questa innovazione? Il chip Majorana 1 presentato da Microsoft contiene 8 qubit, ma la sua architettura può scalare fino a 1 milione di qubit, restando comunque delle stesse dimensioni fisiche degli attuali chip quantistici: ovvero grande quanto il palmo di una mano. Per raggiungere la stessa capacità di calcolo e precisione dei qubit topologici (considerando la necessità di qubit di controllo), un computer con qubit tradizionali richiederebbe dimensioni enormi, come quelle di un campo da calcio.
“We see states of matter every day: solids keep their shape, liquids vary but keep their volume, gases expand to fill space. But under the right conditions, more states can exist. Mathematicians predicted a new state of matter a hundred years ago, the topological state. Researchers have sought a specific quasi-particle within it, the Majorana particle. Last year we observed it for the first time, and this year we can control it, using its properties to build a topoconductor — a new type of semiconductor that also acts as a superconductor. With this material, we can build a new foundational architecture for quantum computers, a topological core, allowing us to scale not to tens or hundreds of qubits, but millions on a single chip. Majorana’s theory showed that a particle can be its own antiparticle: two of these particles can annihilate or coexist, representing the zero and one states of a qubit. Designing a chip to measure and use Majorana particles took careful thought. The chip creates topological qubits that are reliable, small, and controllable, solving the noise problem that causes errors in traditional qubits. This architecture allows scaling to over a million topological qubits on a tiny chip”. (Presentazione Majorana 1, Microsoft, 2025)
Majorana 1: un chip quantistico con nucleo topologico
Nel complesso, Majorana 1 rappresenta un passaggio importante: si tratta del primo chip quantistico dotato di un nucleo topologico, capace di combinare un acceleratore quantistico con un sistema classico di controllo. (Per ulteriori dettagli si veda l’articolo pubblicato su Nature).
“The system combines a quantum accelerator with a classical machine that controls it. Applications can alternate between classical and quantum computation depending on the problem. Once computations are complete, results are re-synthesized on the classical side and presented as a complete answer. Quantum machines excel at highly accurate simulations, particularly in chemistry and materials, matching real lab results. Scientists could compute materials or batteries to first-time correctness, minimizing trial and error”. (Presentazione Majorana 1, Microsoft, 2025)
Qual è la prospettiva che guida questa ricerca? Sviluppare qubit meno soggetti al rumore e più stabili, così da ridurre drasticamente il peso dei meccanismi di controllo degli errori. Questa strategia apre la strada a sistemi quantistici più compatti, scalabili ed efficienti, in grado di affrontare calcoli oggi inaccessibili anche ai supercomputer più avanzati.
Le applicazioni più promettenti? Le simulazioni di materiali, chimica e nuovi farmaci. In futuro, gli scienziati potrebbero progettare materiali o batterie perfette già al primo tentativo, riducendo prove ed errori.
“In recent years, AI has exploded, and combining quantum computing with AI could accelerate discovery even further. Quantum computing allows tackling fundamental challenges by creating new chemicals, drugs, and enzymes for food production. Materials have historically defined human progress — from the Stone Age to the Silicon Age. A machine that can radically change how we work with materials could define the next era”. (Presentazione Majorana 1, Microsoft, 2025)
Una fase ancora sperimentale
Quanto siamo vicini a un utilizzo concreto di questa tecnologia? Il traguardo raggiunto da Microsoft con Majorana 1 è senza dubbio significativo. Tuttavia, non siamo ancora davanti a una prova definitiva del funzionamento su larga scala di questa tecnologia. Diversi gruppi di ricerca hanno accolto con interesse la notizia, ma restano cauti, in attesa di ulteriori verifiche.
Siamo oggi nella fase dei prototipi sperimentali: piccoli chip sperimentali, risultati preliminari e tanta ricerca in corso. La strada verso un computer quantistico universale e affidabile è ancora lunga. Tuttavia, Majorana 1 rappresenta una tappa significativa destinata a cambiare la storia.
