Microsoft ricerca annunciare Un importante passo avanti nella sua ricerca per l’informatica quantistica: la base per un nuovo tipo di qubit, uno che non ha mai lasciato il mondo della teoria prima… e lo è ancora. Microsoft alla fine non ha ancora prodotto hardware basato sul suo nuovo design qubit, ma aggiunge credito alla sua fattibilità con prove prodotte da enormi simulazioni all’interno e all’esterno di Microsoft. visito quantistico Infrastruttura cloud. La ricerca di Microsoft nell’informatica quantistica si concentra su un tipo speciale e peculiare di qubit, qubit topologici che è stato promosso come suo veicolo nel futuro quantistico dal 2016.
Nonostante gli investimenti di Microsoft in quest’area, si è sentito parlare relativamente poco dell’azienda. Inoltre, i giganti concorrenti di Microsoft come Google e IBM e aziende molto più piccole di Microsoft, come Riggetti Computing e IonQ, hanno già implementato sistemi di calcolo quantistico, mentre Microsoft no. Quindi uno potrebbe pensarlo Microsoft $ 2 trilioni Rallenta nella corsa al calcolo quantistico scalabile.
Il percorso meno tagliato
Tuttavia, Microsoft potrebbe affermare di aver scelto di perseguire un tipo di qubit che i suoi concorrenti non fanno. L’esistenza di qubit topologici è stata dimostrata per la prima volta in una pubblicazione Nature del 2018 e poi smentita come i ricercatori originali. Articolo ritirato “Per insufficiente rigore scientifico nel nostro manoscritto originale.”
Non solo Microsoft sta dimostrando che i qubit topologici stanno per diventare una realtà: l’azienda afferma che in definitiva sono l’unica scommessa valida attualmente per un calcolo quantistico sostenibile, scalabile (in proporzione ai milioni di qubit sfruttati) e in definitiva significativo.
“I qubit di oggi non saranno la base dei computer quantistici di domani”, Chetan Nayak, Distinguished Engineer presso Microsoft, ha detto ad Ars Technica. “I qubit che abbiamo oggi sono molto interessanti e interessanti: puoi imparare molto, fare molte ricerche e fare buoni progressi incrementali. Ma una sorta di nuova idea sarebbe necessaria per realizzare un computer quantistico su scala commerciale”.
Il record mondiale per il maggior numero di qubit in una singola macchina, IBM Eagle, è attualmente di 127 qubit indirizzabili, ben lontano dal milione di qubit che Microsoft prevede saranno necessari. Poiché IBM utilizza qubit basati sulla trasmissione, l’hardware dell’azienda deve essere raffreddato allo zero assoluto (-273,15 gradi Celsius) per mantenere i qubit al sicuro dalle interferenze ambientali.
Un altro elemento degno di nota è che, poiché i qubit non topologici sono particolarmente sensibili alla decoerenza, queste strutture quantistiche di solito includono qubit aggiuntivi la cui unica funzione è fornire una misura delle capacità di correzione degli errori, il che significa che non vengono utilizzati direttamente nei calcoli. Questo è inefficiente, soprattutto se si considerano le attuali difficoltà nel ridimensionare il numero di bit. Da qui la scelta di Microsoft di fare molta strada. Ma cos’è questa lunga strada – cos’è qubit topologici?
Nessuna prova di assenza
La prima cosa da ricordare sui qubit topologici è che non sono stati ancora realizzati. Invece, sono stati ipotizzati (come abbiamo trattato ed esplorato più in dettaglio qui) come coppie di modi zero di Majorana (MZM), un tipo speciale di quasiparticella che si comporta naturalmente come se fossero solo mezzo elettrone. È stato dimostrato che queste particelle MZM si depositano come uno strato sulla superficie dei materiali superconduttori e mostrano un’estrema resilienza di fronte al rumore ambientale (come calore, particelle subatomiche vaganti o campi magnetici). Se lasciato incontrollato, o non progettato contro, questo rumore ambientale porta alla decoerenza, il processo mediante il quale i qubit escono dal loro stato di sovrapposizione e rivelano il loro valore. Quando i qubit rivelano il loro valore troppo presto, viene visualizzato un errore prima che il calcolo sia terminato.
Il design topologico del qubit di Microsoft presenta un filo a forma di U con uno zero Majorana a ciascuna estremità, fornendo una separazione fisica, vicina a un punto quantico. Questo punto quantico funge da meccanismo di controllo perché la sua ampiezza cambia quando interagisce con una qualsiasi delle modalità zero di Majorana, consentendone la misurazione. Ecco la parte che Microsoft non ha ancora scoperto: il suo design non includeva un punto quantico.
La flessibilità dei qubit topologici deriva dal fatto che entrambi gli MZM (nella progettazione di Microsoft, a ciascuna estremità del cavo a forma di U) sono responsabili della codifica delle informazioni quantistiche. Tuttavia, poiché è possibile accedere alle informazioni solo osservando contemporaneamente gli stati delle quasiparticelle, lo stato del qubit non si disintegra a meno che entrambi i MZM non siano ugualmente interessati e “costretti” a rivelarne il contenuto. A seconda della geometria, i ricercatori possono fornire una misura della distanza tra le MZM, creando uno spazio tra di loro che riduce la possibilità che entrambe le particelle si disgreghino.
Per visualizzarlo meglio, immagina di essere un cattivo di livello mondiale e di scrivere la password del tuo dispositivo apocalittico su un pezzo di carta. Poi ne dai metà a due dei tuoi fidati subordinati (prima di dimenticartene per sempre). Qualunque cosa accada, la password non può essere rivelata da nessuno, indipendentemente dai metodi applicati per rivelare le informazioni. Quantitativamente, le informazioni sono diventate non locali. L’unico modo per recuperare l’intera password per qualcuno è prendere due informazioni e combinarle insieme per rivelare il risultato finale. In modo molto semplificato, questo è ciò che conferisce a MZM la sua flessibilità nel non threading.
Per ottenere il design definitivo di cavi superconduttori che consenta tutto questo, la ricerca Microsoft ha dovuto simulare e modellare i materiali attraverso 23 parametri regolabili. Questo passaggio richiede un’enorme quantità di potenza di elaborazione, ma Microsoft dispone di una delle reti di elaborazione più potenti al mondo con Azure. Inoltre, le simulazioni hanno consentito al team Microsoft di eseguire rapidamente l’iterazione su entrambi i fronti, un processo che non era fattibile con un approccio pratico dell’inventario all’ingegneria dei materiali. Secondo Nayak, “Se devi ordinare [the materials] Empiricamente per tentativi ed errori, non sarai mai in grado di ottimizzare tutti questi parametri in un ragionevole lasso di tempo”.
Alla fine, Microsoft ha optato per l’alluminio come filo superconduttore e l’arseniuro di indio come semiconduttore che lo circonda e l’azienda produce i dispositivi stessi. Questo nuovo approccio basato su dati e materiali è stato il collante che tiene insieme l’approccio di Microsoft all’informatica quantistica.
“Ora siamo guidati da progetti basati su simulazioni, non solo da qualcuno che spinge le idee in una sala conferenze”, ha affermato Nayak. “E ora abbiamo le tecniche di crescita e produzione uniche per dare vita a queste idee. Non importa se hai i migliori progetti al mondo: se non riesci a realizzarli, rimangono sulla carta”.
L’intento di Microsoft di essere un fornitore di hardware sembra andare oltre Xbox e la sua divisione hardware: l’azienda vuole essere l’azienda che fornisce l’hardware principale per i sistemi di calcolo quantistico, sia per installazioni on-premise che in ambienti cloud. L’hardware quantistico di Microsoft potrebbe finire per alimentare un prodotto virtuale “iQuantum” di Apple. In teoria ovviamente.
informatica futura
Microsoft ha previsioni sull’intensità di calcolo delle future macchine topologiche basate su qubit: Microsoft afferma che un milione di questi qubit potrebbe essere posizionato su un chip più piccolo del chip di sicurezza di una carta di credito. È di nuovo la rivoluzione dei transistor, ma con i qubit.
Sebbene Microsoft non abbia ancora offerto un prodotto di calcolo quantistico efficace, dobbiamo ricordare che questa è una delle aree più complesse possibili in un terrificante incrocio di fisica teorica, ingegneria pratica ed economia pura. Ma c’è anche un fattore determinante del tempo: l’azienda rinuncia al mercato in un mercato valutato fino a 76 miliardi di dollari entro il 2030. Ma poi di nuovo, se Microsoft introducesse davvero un sistema di calcolo quantistico apertamente scalabile prima di chiunque altro, al mercato non importerebbe chi si è mosso per primo nello spazio.
Gli esperti di calcolo quantistico comprendono quanto sia debole lo status quo dei sistemi di calcolo quantistico. Marco Valentini, un critico della pubblicazione da allora ritirata di Nature, credeva all’epoca che le modalità Majorana sarebbero state eventualmente create, scoperte e sfruttate come qubit, non solo come presentato nel documento ritirato del 2018.
Questo stesso documento è stato esaminato da un gruppo di esperti indipendente che non ha trovato prove di manomissione dei dati. Alla fine, la ragione più comune dell’errore è stata: il fallimento umano. I dati originali sono scivolati nel pregiudizio di conferma, notano gli autori del rapporto, scrivendo che “il programma di ricerca avviato dagli autori è particolarmente incline all’autoinganno e gli autori non si sono guardati contro di esso”.
Microsoft sa qual è la posta in gioco nella scelta dei qubit ed era già impegnata nella sua ricerca quando l’intero dramma che circonda il documento è esploso. Forse per questo motivo, Microsoft è così desiderosa di difendere i suoi risultati: l’ala di ricerca dell’azienda aveva un team separato per analizzare meticolosamente i dati di output per evitare bias di conferma. La società ha anche presentato i dati della sua ricerca a un “comitato di esperti di consulenti indipendenti”, proprio come invitare colleghi del settore a considerare in modo costruttivo il lavoro del ricercatore. Microsoft sta facendo pressione sulla ricerca topologica di qubit mentre cerca di isolare i suoi sforzi dai vizi del passato.
Adi Stern del Weizmann Institute of Science di Rehovot, in Israele, ha dichiarato: Per la rivista Quanta. “Siamo a pagina 10 di una storia emozionante, cercando di indovinare come andrà a finire”.
Con i suoi qubit topologici, Microsoft mira a essere un BluRay per l’opposizione di coordinamento quantistico. E probabilmente lo è: l’azienda sembra convinta della fisica dietro la sua scelta calcolata. Il tempo, come sempre, lo dirà.