The Tiny Startup Racing Google for at bygge en Quantum Computing Chip

Startups luftige kontorlokale i Berkeley Computerafvisninger kan prale af tre køleskabe - men kun et af dem opbevarer mad.

De to andre bruger flydende helium til at afkøle eksperimentelle computerchips til en brøkdel af en grad fra det absolutte nul. Det to år gamle firma forsøger at bygge den nødvendige hardware til at drive en kvantecomputer, som kunne afbryde enhver konventionel maskine ved at bruge kvantemekanikken.

Virksomheden sigter mod at producere en prototypechip inden udgangen af ​​2017, der er væsentligt mere kompleks end dem, der er bygget af andre grupper, der arbejder på fuldt programmerbare kvantecomputere. Den følgende generation af chips skulle være i stand til at accelerere nogle former for maskinlæring og køre meget nøjagtige kemi-simuleringer, der kan låse op for nye former for industrielle processer, siger Chad Rigetti, startup'ets grundlægger og administrerende direktør.

De chips, vi ruller ud, vil kunne løse meget dybe problemer, siger han. Som et eksempel nævner Rigetti Haber-Bosch-processen, der bruges til at fremstille ammoniak til gødningsproduktion, som er blevet anslået til at forbruge 2 procent af verdens energi. At udtænke en mere effektiv katalysator til reaktionen kunne være ekstremt værdifuldt.

Rigetti sigter mod i sidste ende at etablere en slags kvantedrevet cloud computing-tjeneste, hvor kunder betaler for at køre problemer på virksomhedens superledende chips. Det arbejder også på software for at gøre det nemt for andre virksomheder at skrive kode til deres kvantehardware.

Den plan kræver, at Rigetti tager videnskab og teknik, som hidtil har unddraget sig regeringens, akademiske og virksomheders laboratorier. Selvom fysikere har skitseret det grundlæggende i, hvordan kvantecomputere kan designes, og hvilke fordele de kan medføre, viser det sig vanskeligt at bygge dem.

En kvantecomputerchip lavet af Rigetti Computing med tre kvantebit, som repræsenterer digitale bits ved hjælp af kvantetilstande.

Det involverer sammenkobling af enheder kaldet qubits, som repræsenterer digitale bits af data ved hjælp af delikate kvantemekaniske tilstande. Ligesom de grundlæggende komponenter i en konventionel computer, kan de kode enten en 0 eller a en - men de kan også gå ind i en tilstand, der reelt er begge dele på samme tid. Når qubits i denne superpositionstilstand interagerer, kan de tage beregningsgenveje, der ikke er tilgængelige for konventionelle computere.

Fysikere har lavet qubits på forskellige måder. Men akademiske og offentlige forskere har kun fået et lille antal qubits til at arbejde sammen. En canadisk startup kaldet D-Wave har solgt en chip med mere end tusind qubits til kunder, herunder Lockheed Martin og Google, men teknologien er endnu ikke endeligt bevist at tilbyde en kvantecomputers fordele.

Qubits er vanskelige at operere i grupper, fordi de kvantetilstande, de bruger til at repræsentere data, er ekstremt delikate, og enhederne interfererer med hinanden. Rigetti siger, at hans firma har udarbejdet et qubit-design, der skulle være stabilt nok til at opskalere, og som kan laves ved hjælp af konventionelle chip-fremstillingsteknikker.

Startup'et tester i øjeblikket en tre-qubit-chip lavet ved hjælp af aluminiumskredsløb på en siliciumwafer, og designet til næste år skulle have 40 qubits. Rigetti siger, at det er muligt takket være designsoftware, som hans firma har skabt, der reducerer antallet af prototyper, der skal bygges på vejen til et endeligt design. Versioner med 100 eller flere qubits ville kunne forbedres på almindelige computere, når det kommer til kemisimuleringer og maskinlæring, siger han.

Andre, der arbejder med kvanteberegning, deler troen på, at qubit-teknologien endelig har nået et punkt, hvor enhederne kan kombineres i meget større antal. Lederen af ​​Googles kvantecomputerlaboratorium, der ligesom Rigetti bruger superledende qubits, har forudsagt, at han kan bygge chips med omkring 100 pålidelige qubits på et par år (se Googles Quantum Dream Machine). Forskere ved IBM, MIT Lincoln Lab og andre steder har også udviklet superledende qubits af høj kvalitet (se IBM viser frem en kvantecomputerchip). Rigetti har tidligere arbejdet i IBM's kvantecomputerforskningsgruppe.

Det er en meget spændende tid, siger Daniel Lidar , direktør for Center for Quantum Information Science and Technology ved University of Southern California. Dette er ikke trinvist; vi er virkelig begyndt at se forskellige grupper, der arbejder med superledende qubits, tage store skridt fremad.

Det er dog stadig langt fra klart, hvornår nyttige kvantechips i stor skala kan laves, siger Lidar. Et seriøst forsøg på at bygge en sådan er fortsat et dyrt foretagende, siger han.

Overskuddet fra Googles onlineannoncevirksomhed gør det gratis at dedikere enorme ressourcer til sit kvantecomputerlaboratorium, hvis det måtte ønske det. D-Wave, det eneste firma, der tilbyder en storstilet superledende qubit-chip, beskæftiger over 100 mennesker og har modtaget mere end 120 millioner dollars fra forskellige investorer, herunder Amazon-grundlægger Jeff Bezos og CIA.

Rigettis virksomhed har indtil videre rejst 5 millioner dollars i finansiering og beskæftiger omkring 15 personer. Han argumenterer for, at en startups intense rammer giver det bedste miljø til at løse den store udfordring med at opskalere qubit-teknologi, og at virksomheden vil rejse flere penge og tilføje medarbejdere efter behov.

skjule