Han byggede Xbox-kan han lave et Microsoft-produkt ud af kvantecomputere?

Microsofts direktør Todd Holmdahl har før fået teams til at opfinde rentable nye computerhardwareprodukter. Hans seneste projekt er hans første med en chance for at vinde en Nobelpris i fysik samt nye indtægter, hvis det lykkes.

Holmdahl overvågede tidligere hardwaredesignet af Xbox- og Xbox360-konsollerne, som hvert år indkasserer milliarder til Microsoft. I slutningen af ​​sidste år blev han udnævnt til leder af en svulmende gruppe af matematikere, fysikere og ingeniører, der forsøgte at tilføje mægtige computere drevet af kvantefysik til Microsofts menu af cloud computing-tjenester. Holmdahl taler om kvantecomputere, ligesom en teknisk leder ville have en ny branche, ikke et spekulativt fysik- eller R&D-projekt.

Jeg er personligt konkurrencedygtig, og hele min historie er at producere produkter, siger han. Vi har udsyn til et kommercielt produkt.

Et hurtigt blik på konkurrerende projekter inden for kvantecomputere gør den slags snak overraskende. Google, IBM og endda nogle startups har allerede demonstreret prototypehardware, der er i stand til at knuse data (se 10 Breakthrough Technologies: Practical Quantum Computing). Microsoft er endnu ikke tæt på.

Holmdahls besætning jager en anden tilgang til kvantehardware baseret på at manipulere en subatomær partikel kaldet Majorana-fermion, som fysiksamfundet ikke er 100 procent sikker på nogensinde er blevet set. Den er opkaldt efter manden, der forudsagde dens eksistens, den italienske fysiker Ettore Majorana, som i 1938 tømte sin bankkonto, fangede en færge og forsvandt sporløst.

Mens Google og IBM arbejder på deres næste prototyper, forsøger Microsofts fysikere at bygge den første enhed, der endegyldigt kan isolere og kode en enkelt digital bit data med den partikel, Majorana forudsagde. Alligevel afviser Holmdahl antydningen om, at dette betyder, at hans virksomhed næppe vil være den første på markedet. Det tror jeg faktisk, vi bliver, siger han.

Todd Holmdahl med tilladelse fra MSFT

Fint hardware

Kvantecomputere er bygget ud af enheder kendt som qubits, som repræsenterer data ved hjælp af fysik, der kun er synlige i meget små skalaer. Teknologivirksomheder og investorer har sænket millioner i teknologien, for på kvanteskalaen kan partikler og information gøre ting, der er fuldstændig umulige i vores virkelighed på menneskelig størrelse. Det betyder, at nogle beregninger, der ville tage århundreder på en konventionel computer, kan udføres på få sekunder på en kvantecomputer. Google og andre håber at bruge kvantecomputere til at sætte gang i maskinlæring og leje dem ud for at løse problemer inden for kemi og materialevidenskab (se Kemikere er først i køen for fordelene ved kvantecomputere).

Fangsten er, at selvom qubits kan bygges på forskellige måder - de mest avancerede er baseret på superledende metalkredsløb eller metalioner, der svæver inde i magnetiske felter - er de alle upålidelige, fordi kvantetilstande er så sarte. I denne måned annoncerede IBM den største chip lavet af virksomhederne i kapløbet om en kvantecomputer til generelle formål - en chip med kun 17 qubits. For at udføre nyttigt arbejde ville en kvantecomputer sandsynligvis have brug for mange tusinde eller millioner af enhederne.

Microsofts projekt er et kæmpe satsning på ideen om, at qubits baseret på den undvigende Majorana-fermion vil være meget mere pålidelige og dermed nemmere at bygge ind i store samlinger, der kan gøre nyttigt arbejde. En teori kendt som topologisk kvanteberegning forudsiger, at data skrevet ind i partiklerne, af en enhed kaldet en topologisk qubit, vil være modstandsdygtig over for forstyrrelser, der ville udslette alt, der er lagret af en almindelig qubit (se Microsofts kvantemekanik).

Når vi først kan finde en måde at realisere qubits på denne topologiske måde, så ved vi, at de kan understøtte beregning, siger Xie Chen , en assisterende professor i teoretisk fysik ved CalTech. Spørgsmålet er, kan vi overhovedet bygge en qubit? Lige nu, siger hun, er eksperimentelle fysikere for det meste, men ikke helt sikre på, at de nødvendige partikler er blevet observeret.

Kæmpe satsning

Da Holmdahl sluttede sig til Microsofts projekt sidst i 2016, forsøgte to førende eksperimentelle fysikere også at rydde op i den usikkerhed. Charlie Marcus, ved Københavns Universitet, Danmark, og Leo Kouwenhoven, ved Delft University of Technology i Holland, vil blive ved med at arbejde i deres universitetslaboratorier, men får teams af Microsoft-ingeniører og nyt udstyr til at arbejde på virksomhedens kvantemission.

Kouwenhoven har lavet nogle af de mest lovende potentielle observationer af Majorana-fermioner til dato, for enderne af omhyggeligt designede halvledernano-tråde. Han og Microsofts andre fysikere arbejder nu på alternative strukturer, som de tror vil tillade ubestridelig påvisning og manipulation af partiklerne - og blive de første fungerende topologiske qubits. I stedet for at bruge bittesmå ledninger, er de afhængige af at vokse flade plader af halvledermateriale.

Holmdahl siger, at metoden passer med etablerede elektronikfremstillingsteknikker, så hvornår - eller skulle det være, hvis? - virksomheden bygger sin første topologiske qubit, kan den rampe op til store enheder hurtigere end grupper, der arbejder med de mere kræsne qubits, der findes i dag. Vi har reelt set et køreplan, der giver os mulighed for at gå fra nogle få qubits til et par tusinde qubits, siger Holmdahl.

Relateret historie

Læs Næste Kan en aldrende virksomheds eventyr inden for grundlæggende fysikforskning åbne en ny æra med ufatteligt kraftfulde computere?

Microsoft har også en forskningsgruppe på Redmond, Washington, campus, der arbejder på, hvordan man bruger disse qubits, når de bliver tilgængelige. En af dens aktiviteter er at finde ud af, hvor mange qubits der ville være nødvendige for at udføre nyttigt arbejde inden for områder som maskinlæring eller kemisimuleringer.

Krysta Svore, der leder gruppen, siger, at et nyligt resultat har potentialet til at skære ned på det tal - for både Microsoft og dets konkurrenter. Hendes forskere fandt ud af, hvordan man reducerede antallet af qubits, der er nødvendige for at udføre en afgørende operation til kvantealgoritmer. Det lover, at du måske kører store algoritmer før, siger Svore.

Det faktum, at Microsoft offentliggør sådanne resultater åbent og hjælper feltet med at komme videre, er en af ​​grundene til, at Scott Aaronson, professor ved University of Texas i Austin, støtter virksomhedens projekt, selvom han er usikker på, om det vil slå ud.

Microsoft tager en kæmpe satsning, siger Aaronson. Der er i det mindste et plausibelt håb om, at topologisk kvanteberegning kan springe over superledende [qubits] og ion-fælde kvanteberegning, når det overhovedet virker – men det er også rigtigt, at superledende og ion-fælder er langt fremme.

Da han bliver bedt om at sige, hvornår han tror, ​​at Microsoft kan bygge sin første topologiske qubit for at gøre konkurrencen virkelig interessant, siger Holmdahl, som er 52, indledningsvis. Men han kan ikke modstå i det mindste at indsnævre det. Jeg skal snart på pension, siger han. Jeg tror, ​​det bliver inden da.

skjule