Zbudował konsolę Xbox — czy może stworzyć produkt Microsoft z obliczeń kwantowych?

Todd Holmdahl, dyrektor wykonawczy firmy Microsoft, kierował już wcześniej zespołami, które wymyślały nowe, dochodowe produkty sprzętowe. Jego najnowszy projekt jest jego pierwszym, który ma szansę zdobyć nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, a także uzyskać nowe dochody, jeśli się powiedzie.

Holmdahl wcześniej nadzorował projektowanie sprzętowe konsol Xbox i Xbox360, które każdego roku zarabiają miliardy dla Microsoftu. Pod koniec ubiegłego roku został mianowany liderem rosnącej grupy matematyków, fizyków i inżynierów próbujących dodać potężne komputery napędzane fizyką kwantową do menu usług przetwarzania w chmurze Microsoftu. Holmdahl mówi o obliczeniach kwantowych tak, jak dyrektor technologiczny nowej linii biznesowej, a nie spekulatywnej fizyki czy projektu badawczo-rozwojowego.

Osobiście jestem konkurencyjny, a cała moja historia to wytwarzanie produktów – mówi. Mamy w zasięgu wzroku produkt komercyjny.

Szybki rzut oka na konkurencyjne projekty w dziedzinie informatyki kwantowej sprawia, że ​​taka rozmowa jest zaskakująca. Google, IBM, a nawet niektóre start-upy już zademonstrowały prototypowy sprzęt zdolny do przetwarzania danych (patrz 10 Przełomowe technologie: Praktyczne obliczenia kwantowe). Microsoft nie jest jeszcze blisko.

Załoga Holmdahla poszukuje innego podejścia do sprzętu kwantowego, opartego na manipulowaniu cząstką subatomową zwaną fermionem Majorany, co do której społeczność fizyków nie jest w 100 procentach pewna, czy kiedykolwiek widziano. Nosi imię człowieka, który przewidział jego istnienie, włoskiego fizyka Ettore Majorany, który w 1938 roku opróżnił swoje konto bankowe, złapał prom i zniknął bez śladu.

Podczas gdy Google i IBM pracują nad kolejnymi prototypami, fizycy Microsoftu próbują zbudować pierwsze urządzenie, które będzie w stanie jednoznacznie wyizolować i zakodować pojedynczy cyfrowy bit danych z przewidywaną cząstką Majorany. Jednak Holmdahl nie zgadza się z sugestią, że oznacza to, że jego firma prawdopodobnie nie będzie pierwszą na rynku. Myślę, że rzeczywiście będziemy, mówi.

Todd Holmdahl Dzięki uprzejmości MSFT

Drobny sprzęt

Komputery kwantowe są zbudowane z urządzeń znanych jako kubity, które reprezentują dane za pomocą fizyki widoczne tylko w bardzo małej skali. Firmy technologiczne i inwestorzy zatopili miliony w technologii, ponieważ w skali kwantowej cząstki i informacje mogą robić rzeczy, które są całkowicie niemożliwe w naszej ludzkiej rzeczywistości. Oznacza to, że niektóre obliczenia, które na konwencjonalnym komputerze zajęłyby stulecia, można wykonać w ciągu kilku sekund na komputerze kwantowym. Google i inni mają nadzieję wykorzystać komputery kwantowe do wspomagania uczenia maszynowego i wynajmować je do rozwiązywania problemów w chemii i materiałoznawstwie (patrz Chemicy są pierwsi w kolejce do korzyści z obliczeń kwantowych ).

Haczyk polega na tym, że chociaż kubity można budować na różne sposoby – najbardziej zaawansowane opierają się na nadprzewodnikowych obwodach metalowych lub jonach metali unoszących się w polach magnetycznych – wszystkie są zawodne, ponieważ stany kwantowe są tak delikatne. W tym miesiącu IBM ogłosił największy chip wyprodukowany przez firmy biorące udział w wyścigu o komputer kwantowy ogólnego przeznaczenia — chip z zaledwie 17 kubitami. Aby wykonać użyteczną pracę, komputer kwantowy prawdopodobnie potrzebowałby wielu tysięcy lub milionów urządzeń.

Projekt Microsoftu to gigantyczny zakład na pomysł, że kubity oparte na nieuchwytnym fermionie Majorany będą znacznie bardziej niezawodne, a przez to łatwiejsze do wbudowania w duże kolekcje, które mogą wykonać pożyteczną pracę. Teoria znana jako topologiczne obliczenia kwantowe przewiduje, że dane zapisane w cząstkach przez urządzenie zwane topologicznym kubitem będą odporne na perturbacje, które usuną wszystko, co jest przechowywane przez zwykły kubit (patrz Mechanika kwantowa Microsoftu).

Gdy znajdziemy sposób na zrealizowanie kubitów w ten topologiczny sposób, wiemy, że mogą wspierać obliczenia, mówi Xie Chen , adiunkt fizyki teoretycznej w CalTech. Problem w tym, czy możemy w ogóle zbudować jeden kubit? Obecnie, jak mówi, fizycy eksperymentalni są w większości, ale nie do końca pewni, że zaobserwowano niezbędne cząstki.

Ogromny hazard

Kiedy Holmdahl dołączył do projektu Microsoftu pod koniec 2016 roku, to samo zrobiło dwóch czołowych fizyków eksperymentalnych, próbujących wyjaśnić tę niepewność. Charlie Marcus z Uniwersytetu w Kopenhadze w Danii i Leo Kouwenhoven z Delft University of Technology w Holandii będą nadal pracować w swoich laboratoriach uniwersyteckich, ale angażują zespoły inżynierów Microsoft i nowy sprzęt do pracy nad kwantową misją firmy.

Kouwenhoven dokonał jednych z najbardziej obiecujących potencjalnych obserwacji fermionów Majorany na końcach starannie zaprojektowanych nanoprzewodów półprzewodnikowych. On i inni fizycy Microsoftu pracują teraz nad alternatywnymi strukturami, które ich zdaniem pozwolą na bezsporne wykrywanie i manipulowanie cząstkami – i staną się pierwszymi działającymi topologicznymi kubitami. Zamiast używać maleńkich przewodów, polegają na uprawie płaskich arkuszy materiału półprzewodnikowego.

Holmdahl twierdzi, że metoda jest zgodna z uznanymi technikami produkcji elektroniki, więc kiedy — a jeśli tak powinno być? — firma buduje swój pierwszy topologiczny kubit, może szybciej pracować z dużymi urządzeniami niż grupy pracujące z bardziej wyrafinowanymi kubitami, które istnieją obecnie. W rzeczywistości mamy mapę drogową, która pozwala nam przejść od kilku kubitów do kilku tysięcy kubitów, mówi Holmdahl.

Powiązana historia

Czytaj dalej Czy przygody starzejącej się korporacji w badaniach fizyki fundamentalnej mogą otworzyć nową erę niewyobrażalnie potężnych komputerów?

Microsoft ma również grupę badawczą w swoim kampusie w Redmond w stanie Waszyngton, która pracuje nad tym, jak używać tych kubitów, gdy staną się dostępne. Jednym z jego działań jest ustalenie, ile kubitów byłoby potrzebnych do wykonania przydatnej pracy w obszarach takich jak uczenie maszynowe lub symulacje chemiczne.

Krysta Svore, która kieruje grupą, mówi, że jeden z ostatnich wyników może potencjalnie zmniejszyć tę liczbę — zarówno dla Microsoftu, jak i jego konkurentów. Jej badacze odkryli, jak zmniejszyć liczbę kubitów potrzebnych do wykonania kluczowej operacji algorytmów kwantowych. Obiecuje, że możesz wcześniej uruchomić duże algorytmy, mówi Svore.

Fakt, że Microsoft publikuje takie wyniki otwarcie, pomagając rozwijać się w tej dziedzinie, jest jednym z powodów, dla których Scott Aaronson, profesor Uniwersytetu Teksasu w Austin, popiera projekt firmy, mimo że nie jest pewien, czy to się powiedzie.

Microsoft podejmuje ogromne ryzyko, mówi Aaronson. Jest przynajmniej prawdopodobna nadzieja, że ​​topologiczne obliczenia kwantowe mogą przeskoczyć nadprzewodnictwo [kubity] i obliczenia kwantowe z pułapkami jonowymi, gdy w ogóle zadziałają – ale prawdą jest również, że nadprzewodnictwo i pułapki jonowe są daleko przed nami.

Holmdahl, który ma 52 lata, początkowo nie zgadza się z pytaniem, kiedy wydaje mu się, że Microsoft może zbudować swój pierwszy topologiczny kubit, aby uczynić konkurencję naprawdę interesującą. Ale nie może się oprzeć przynajmniej zawężeniu. Niedługo idę na emeryturę, mówi. Myślę, że to nastąpi wcześniej.

ukryć