Hij bouwde de Xbox: kan hij een Microsoft-product maken van Quantum Computing?

Todd Holmdahl, executive van Microsoft, heeft eerder teams geleid om winstgevende nieuwe computerhardwareproducten uit te vinden. Zijn laatste project is zijn eerste met kans op een Nobelprijs voor natuurkunde en op nieuwe inkomsten als het lukt.

Holmdahl hield eerder toezicht op het hardware-ontwerp van de Xbox- en Xbox360-consoles, die elk jaar miljarden opleveren voor Microsoft. Eind vorig jaar werd hij aangesteld als leider van een groeiende groep wiskundigen, natuurkundigen en ingenieurs die probeerden machtige computers, aangedreven door kwantumfysica, toe te voegen aan het Microsoft-menu van cloud computing-services. Holmdahl spreekt over kwantumcomputing zoals een technisch directeur een nieuwe branche zou doen, niet een speculatief natuurkunde- of R&D-project.

Ik ben persoonlijk competitief en mijn hele geschiedenis is het produceren van producten, zegt hij. We hebben zicht op een commercieel product.

Een snelle blik op concurrerende projecten in quantum computing maakt dat soort praatjes verrassend. Google, IBM en zelfs enkele startups hebben al prototypehardware gedemonstreerd die gegevens kan verwerken (zie 10 Breakthrough Technologies: Practical Quantum Computing). Microsoft is nog niet dichtbij.

De bemanning van Holmdahl streeft naar een andere benadering van kwantumhardware op basis van het manipuleren van een subatomair deeltje genaamd het Majorana-fermion, waarvan de natuurkundige gemeenschap niet 100 procent zeker is dat het ooit is gezien. Het is vernoemd naar de man die het bestaan ​​ervan voorspelde, de Italiaanse natuurkundige Ettore Majorana, die in 1938 zijn bankrekening leegde, een veerboot nam en spoorloos verdween.

Terwijl Google en IBM aan hun volgende prototypes werken, proberen de fysici van Microsoft het eerste apparaat te bouwen dat definitief een enkel digitaal gegevensbit kan isoleren en coderen met het deeltje dat Majorana voorspelde. Toch verzet Holmdahl zich tegen de suggestie dat dit betekent dat het onwaarschijnlijk is dat zijn bedrijf als eerste op de markt komt. Ik denk dat we dat ook echt zullen zijn, zegt hij.

Todd Holmdahl Met dank aan MSFT

Kieskeurige hardware

Kwantumcomputers zijn opgebouwd uit apparaten die bekend staan ​​als qubits, die gegevens vertegenwoordigen met behulp van fysica die alleen op zeer kleine schaal zichtbaar is. Techbedrijven en investeerders hebben miljoenen in de technologie gestoken, omdat deeltjes en informatie op de kwantumschaal dingen kunnen doen die in onze menselijke realiteit ronduit onmogelijk zijn. Dit betekent dat sommige berekeningen die op een conventionele computer eeuwen zouden duren, op een kwantumcomputer in seconden kunnen worden gedaan. Google en anderen hopen kwantumcomputers te gebruiken om machine learning te stimuleren en ze te verhuren om problemen in de scheikunde en materiaalkunde op te lossen (zie Chemici zijn de eerste in de rij voor de voordelen van Quantum Computing).

De valkuil is dat hoewel qubits op verschillende manieren kunnen worden gebouwd - de meest geavanceerde zijn gebaseerd op supergeleidende metaalcircuits of metaalionen die in magnetische velden drijven - ze allemaal onbetrouwbaar zijn omdat kwantumtoestanden zo delicaat zijn. Deze maand kondigde IBM de grootste chip aan die door de bedrijven is gemaakt in de race voor een kwantumcomputer voor algemeen gebruik: een chip met slechts 17 qubits. Om nuttig werk te doen, zou een kwantumcomputer waarschijnlijk vele duizenden of miljoenen apparaten nodig hebben.

Het project van Microsoft is een gigantische gok op het idee dat qubits op basis van het ongrijpbare Majorana-fermion veel betrouwbaarder zullen zijn, en dus gemakkelijker in te bouwen in grote collecties die nuttig werk kunnen doen. Een theorie die bekend staat als topologische kwantumcomputing voorspelt dat gegevens die in de deeltjes zijn geschreven, door een apparaat dat een topologische qubit wordt genoemd, bestand zullen zijn tegen verstoringen die alles zouden vernietigen dat door een gewone qubit is opgeslagen (zie Microsoft's Quantum Mechanics ).

Als we eenmaal een manier kunnen vinden om qubits op deze topologische manier te realiseren, dan weten we dat ze berekeningen kunnen ondersteunen, zegt Xie Chen , een assistent-professor theoretische fysica bij CalTech. Het probleem is, kunnen we zelfs maar één qubit bouwen? Op dit moment, zegt ze, zijn experimentele natuurkundigen meestal, maar niet helemaal zeker, dat de noodzakelijke deeltjes zijn waargenomen.

Enorme gok

Toen Holmdahl zich eind 2016 bij het project van Microsoft aansloot, probeerden twee vooraanstaande experimentele natuurkundigen die onzekerheid weg te nemen. Charlie Marcus, van de Universiteit van Kopenhagen, Denemarken, en Leo Kouwenhoven, van de Technische Universiteit Delft, in Nederland, zullen blijven werken in hun universitaire laboratoria, maar krijgen teams van Microsoft-ingenieurs en nieuwe apparatuur om aan de kwantumzoektocht van het bedrijf te werken.

Kouwenhoven heeft enkele van de meest veelbelovende potentiële waarnemingen van Majorana-fermionen tot nu toe gedaan, aan de uiteinden van zorgvuldig ontworpen halfgeleider-nanodraden. Hij en de andere natuurkundigen van Microsoft werken nu aan alternatieve structuren waarvan ze denken dat ze onbetwistbare detectie en manipulatie van de deeltjes mogelijk maken - en de eerste werkende topologische qubits worden. In plaats van kleine draadjes te gebruiken, vertrouwen ze op groeiende platte vellen halfgeleidermateriaal.

Holmdahl zegt dat die methode past bij gevestigde elektronicaproductietechnieken, zodat wanneer - of zou dat moeten zijn als? - het bedrijf zijn eerste topologische qubit bouwt, het sneller kan groeien naar grote apparaten dan groepen die werken met de meer kieskeurige qubits die tegenwoordig bestaan. We hebben in feite een routekaart waarmee we van een paar qubits naar een paar duizend qubits kunnen gaan, zegt Holmdahl.

Verwant verhaal

Lees volgende Kunnen de avonturen van een ouder wordend bedrijf in fundamenteel natuurkundig onderzoek een nieuw tijdperk van onvoorstelbaar krachtige computers openen?

Microsoft heeft ook een onderzoeksgroep op de campus in Redmond, Washington, die werkt aan het gebruik van die qubits wanneer ze beschikbaar komen. Een van de activiteiten is uitzoeken hoeveel qubits er nodig zijn om nuttig werk te doen op gebieden zoals machine learning of scheikundesimulaties.

Krysta Svore, die de groep leidt, zegt dat een recent resultaat het potentieel heeft om dat aantal te verlagen - voor zowel Microsoft als zijn concurrenten. Haar onderzoekers ontdekten hoe ze het aantal qubits dat nodig is om een ​​cruciale bewerking van kwantumalgoritmen uit te voeren, konden verminderen. Het belooft dat je misschien eerder grote algoritmen gaat gebruiken, zegt Svore.

Het feit dat Microsoft dergelijke resultaten openlijk publiceert en het veld vooruit helpt, is een van de redenen waarom Scott Aaronson, een professor aan de Universiteit van Texas in Austin, het project van het bedrijf steunt, ook al weet hij niet zeker of het zal lukken.

Microsoft neemt een enorme gok, zegt Aaronson. Er is op zijn minst een plausibele hoop dat topologische kwantumcomputing supergeleidende [qubits] en ion-trap-quantumcomputing kan overslaan als het eenmaal werkt, maar het is ook waar dat supergeleidende en ionenvallen ver vooruit zijn.

Gevraagd om te zeggen wanneer hij denkt dat Microsoft zijn eerste topologische qubit kan bouwen om de concurrentie echt interessant te maken, protesteert Holmdahl, die 52 is, aanvankelijk. Maar hij kan het niet laten om het op zijn minst te beperken. Ik ga binnenkort met pensioen, zegt hij. Ik denk dat het voor die tijd zal zijn.

zich verstoppen