Google lancerer bestræbelser på at bygge sin egen kvantecomputer

Google er ved at begynde at designe og bygge hardware til en kvantecomputer, en type maskine, der kan udnytte kvantefysikken til at løse problemer, som ville tage en konventionel computer millioner af år.

Kvantekerne : Teknikker udviklet ved University of California, Santa Barbara, til at bygge denne enhed, kendt som en qubit, vil blive brugt til at forsøge at bygge en fungerende kvantecomputer hos Google.

Siden 2009 har Google arbejdet med det kontroversielle startup D-Wave Systems, som hævder at gøre den første kommercielle kvantecomputer . Og sidste år købte Google en af ​​D-Waves maskiner. Men uafhængige test offentliggjort tidligere i år fandt ingen beviser for, at D-Waves computer bruger kvantefysik til at løse problemer mere effektivt end en konventionel maskine.

Nu John Martinis , en professor ved University of California, Santa Barbara, har sluttet sig til Google for at etablere et nyt kvantehardwarelaboratorium nær universitetet. Han vil prøve at lave sine egne versioner af den slags chip inde i en D-Wave-maskine.

Martinis har brugt mere end et årti på at arbejde på en mere gennemprøvet tilgang til kvanteberegning og bygget nogle af de største, mest fejlfrie systemer af qubits, de grundlæggende byggeklodser, der koder information i en kvantecomputer.

Vi vil gerne nytænke designet og lave qubits på en anden måde, siger Martinis om hans indsats for at forbedre D-Waves hardware. Vi tror, ​​der er en mulighed i den måde, vi bygger vores qubits på for at forbedre maskinen. Martinis har indtaget en fælles holdning med Google og UCSB, der vil give ham mulighed for at fortsætte sin egen forskning på universitetet.

Kvantecomputere kan være uhyre hurtigere end nogen eksisterende computer ved visse problemer. Det skyldes, at qubits, der arbejder sammen, kan bruge kvantemekanikkens særheder til hurtigt at kassere ukorrekte veje til en løsning og komme ind på den rigtige. Qubits er dog vanskelige at betjene, fordi kvantetilstande er så sarte.

Chris Monroe , en professor, der leder et kvantecomputerlaboratorium ved University of Maryland, glædede sig over nyheden om, at en af ​​de førende lamper på området ville arbejde på spørgsmålet om, hvorvidt designs som D-Wave's kan være nyttige. Jeg synes, det er en fantastisk udvikling at få lovlige forskere til at prøve det, siger han.

Siden D-Wave viste sin første maskine frem i 2007, har D-Wave irriteret akademiske forskere ved at fremsætte krav om sine computere uden at fremlægge beviser, som dens kritikere siger, er nødvendige for at sikkerhedskopiere dem. Virksomheden har dog trukket over 140 millioner dollars i finansiering og solgte flere af sine maskiner (se CIA og Jeff Bezos satsede på Quantum Computing).

Der er ingen tvivl om, at D-Waves maskine kan udføre beregninger. Og forskning udgivet i 2011 viste, at maskinens chip rummer den rigtige form for kvantefysik, der er nødvendig for kvanteberegning. Men der mangler beviser for, at den bruger den fysik på den måde, der er nødvendig for at låse op for de enorme speedups, som er lovet af en kvantecomputer. Det kunne være at løse problemer ved kun at bruge almindelig fysik.

Martinis' tidligere arbejde har været fokuseret på den konventionelle tilgang til kvanteberegning. Han satte en ny milepæl på området i april, da hans laboratorium meddelte, at det kunne fungere fem qubits sammen med relativt lave fejlrater . Større systemer med sådanne qubits kan konfigureres til at køre næsten enhver form for algoritme afhængigt af det aktuelle problem, ligesom en konventionel computer. For at være nyttig skal en kvantecomputer sandsynligvis bygges med titusindvis af qubits eller mere.

Chippen i hjertet af D-Waves seneste maskine har 512 qubits, men de er forbundet til en anden, mere begrænset, komponent kendt som en kvanteudglødning. Den kan kun køre en specifik algoritme, der bruges til en specifik slags problem, der kræver, at man vælger den bedste løsning i en situation med mange konkurrerende krav - for eksempel at bestemme den mest effektive leveringsrute omkring en by.

Martinis var medforfatter på et papir udgivet i Videnskab tidligere i år der tog det mest strenge uafhængige kig på en D-Wave-maskine endnu. Den konkluderede, at der i de test, der blev kørt på computeren, ikke var tegn på kvantehastighed. Uden det, siger kritikere, er D-Wave intet mere end en overhypet, og ret mærkelig, konventionel computer. Virksomheden imødegår, at testene af dens maskine involverede den forkerte slags problemer for at demonstrere dens fordele.

Martinis arbejde på D-Waves maskine førte ham ind i samtaler med Google og til hans nye stilling. Teori og simulering tyder på, at det måske er muligt for annealere at levere kvantehastigheder, og han betragter det som et åbent spørgsmål. Der er noget virkelig interessant videnskab, som folk forsøger at finde ud af, siger han.

Martinis mener, at hans teknologi til fremstilling af qubits kunne lave bedre kvanteudglødninger. Specifikt håber han at lave en, hvis qubits mere stabilt kan opretholde en kvantetilstand kendt som en superposition - effektivt både 0 og 1 på samme tid. Qubits af D-Waves maskine kan opretholde superpositioner i perioder, der kun varer nanosekunder. Martinis har bygget qubits, der kan gøre det i så længe som 30 mikrosekunder, siger han.

Martinis laver sine qubits fra aluminiumskredsløb bygget på safirskiver og nedkøler dem til 20 millikelvin – en brøkdel over det absolutte nulpunkt – så de bliver superledende. D-Waves chip kræver lignende køling for at fungere, men har kredsløb lavet af et superledende materiale kaldet niobium, oven på siliciumwafers. Martinis er i gang med at skifte til at lave sine egne qubits på silicium og mener, at visse elektriske isolatormaterialer, der bruges i D-Waves chips, kan begrænse dens ydeevne.

Google har dog ikke opgivet D-Wave. I en online erklæring , sagde lederen af ​​Googles kvanteforskning, at de to virksomheder vil fortsætte med at arbejde sammen, og at Googles D-Wave-computer vil blive opgraderet med en ny 1.000 qubit-processor, når den bliver tilgængelig.

skjule