Han bygde Xbox-kan han lage et Microsoft-produkt av kvantedatabehandling?

Microsoft-sjef Todd Holmdahl har ledet team til å finne opp lønnsomme nye datamaskinvareprodukter tidligere. Hans siste prosjekt er hans første med en sjanse til å vinne en Nobelpris i fysikk samt nye inntekter hvis det lykkes.

Holmdahl hadde tidligere tilsyn med maskinvaredesignet til Xbox- og Xbox360-konsollene, som samler inn milliarder for Microsoft hvert år. Sent i fjor ble han utnevnt til leder for en voksende gruppe matematikere, fysikere og ingeniører som forsøkte å legge til mektige datamaskiner drevet av kvantefysikk til Microsofts meny med skytjenester. Holmdahl snakker om kvantedatabehandling som en teknisk leder ville en ny bransje, ikke et spekulativt fysikk- eller FoU-prosjekt.

Jeg er personlig konkurransedyktig, og hele min historie er å produsere produkter, sier han. Vi har sikte på et kommersielt produkt.

Et raskt blikk på konkurrerende prosjekter innen kvantedatabehandling gjør den slags snakk overraskende. Google, IBM og til og med noen startups har allerede demonstrert prototypemaskinvare som er i stand til å knuse data (se 10 Breakthrough Technologies: Practical Quantum Computing ). Microsoft er ennå ikke i nærheten.

Holmdahls mannskap jager en annen tilnærming til kvantemaskinvare basert på å manipulere en subatomær partikkel kalt Majorana-fermion, som fysikkmiljøet ikke er 100 prosent sikker på at noen gang har blitt sett. Den er oppkalt etter mannen som forutså dens eksistens, den italienske fysikeren Ettore Majorana, som i 1938 tømte bankkontoen sin, tok en ferge og forsvant sporløst.

Mens Google og IBM jobber med sine neste prototyper, prøver Microsofts fysikere å bygge den første enheten som definitivt kan isolere og kode en enkelt digital bit av data med partikkelen Majorana forutsagt. Likevel motsetter Holmdahl påstanden om at dette betyr at selskapet neppe vil være først på markedet. Det tror jeg faktisk vi blir, sier han.

Todd Holmdahl med tillatelse fra MSFT

Fine maskinvare

Kvantedatamaskiner er bygget ut av enheter kjent som qubits, som representerer data ved bruk av fysikk som bare er tilsynelatende i svært små skalaer. Teknologiselskaper og investorer har senket millioner inn i teknologien, for på kvanteskalaen kan partikler og informasjon gjøre ting som er helt umulige i vår virkelighet på menneskelig størrelse. Dette betyr at noen beregninger som vil ta århundrer på en konvensjonell datamaskin kan gjøres på sekunder på en kvantedatamaskin. Google og andre håper å bruke kvantedatamaskiner for å styrke maskinlæring, og leie dem ut for å løse problemer innen kjemi og materialvitenskap (se Chemists Are First in Line for Quantum Computing's Benefits).

Fangsten er at selv om qubits kan bygges på forskjellige måter - de mest avanserte er basert på superledende metallkretser eller metallioner som flyter inne i magnetiske felt - er de alle upålitelige fordi kvantetilstander er så delikate. Denne måneden kunngjorde IBM den største brikken laget av selskapene i kampen om en generell kvantedatamaskin – en brikke med bare 17 qubits. For å gjøre nyttig arbeid vil en kvantedatamaskin sannsynligvis trenge mange tusen eller millioner av enhetene.

Microsofts prosjekt er en gigantisk innsats på ideen om at qubits basert på den unnvikende Majorana-fermion vil være mye mer pålitelig, og dermed lettere å bygge inn i store samlinger som kan gjøre nyttig arbeid. En teori kjent som topologisk kvanteberegning forutsier at data skrevet inn i partiklene, av en enhet som kalles en topologisk qubit, vil være motstandsdyktig mot forstyrrelser som vil utslette alt som er lagret av en vanlig qubit (se Microsofts kvantemekanikk).

Når vi først kan finne en måte å realisere qubits på denne topologiske måten, så vet vi at de kan støtte beregning, sier Xie Chen , en assisterende professor i teoretisk fysikk ved CalTech. Problemet er, kan vi til og med bygge en qubit? Akkurat nå, sier hun, er eksperimentelle fysikere stort sett, men ikke helt sikre på at de nødvendige partiklene er observert.

Stor sjanse

Da Holmdahl ble med i Microsofts prosjekt sent i 2016, prøvde to ledende eksperimentelle fysikere å rydde opp i denne usikkerheten. Charlie Marcus, ved Universitetet i København, Danmark, og Leo Kouwenhoven, ved Delft teknologiske universitet, i Nederland, vil fortsette å jobbe i universitetslaboratoriene sine, men får team med Microsoft-ingeniører og nytt utstyr til å jobbe med selskapets kvanteoppdrag.

Kouwenhoven har gjort noen av de mest lovende potensielle observasjonene av Majorana-fermioner til nå, i endene av nøye utformede halvledernano-tråder. Han og Microsofts andre fysikere jobber nå med alternative strukturer de tror vil tillate ubestridelig deteksjon og manipulering av partiklene – og bli de første fungerende topologiske qubitene. I stedet for å bruke bittesmå ledninger, er de avhengige av å vokse flate ark av halvledermateriale.

Holmdahl sier at metoden passer med etablerte produksjonsteknikker for elektronikk, slik at når – eller burde det være hvis? – selskapet bygger sin første topologiske qubit, kan det rampe opp til store enheter raskere enn grupper som jobber med de mer kresne qubitene som finnes i dag. Vi har effektivt et veikart som gjør at vi kan gå fra noen få qubits til noen tusen qubits, sier Holmdahl.

Relatert historie

Les Neste Kan et aldrende selskaps eventyr innen grunnleggende fysikkforskning åpne en ny æra med ufattelig kraftige datamaskiner?

Microsoft har også en forskningsgruppe på Redmond, Washington, campus som jobber med hvordan de kan bruke disse qubitene når de blir tilgjengelige. En av aktivitetene er å finne ut hvor mange qubits som vil være nødvendig for å gjøre nyttig arbeid innen områder som maskinlæring eller kjemisimuleringer.

Krysta Svore, som leder gruppen, sier at et nylig resultat har potensial til å kutte ned dette tallet – for både Microsoft og konkurrentene. Forskerne hennes fant ut hvordan de kunne kutte antallet qubits som trengs for å utføre en avgjørende operasjon til kvantealgoritmer. Det lover at du kanskje kjører store algoritmer før, sier Svore.

Det faktum at Microsoft publiserer slike resultater åpent, og hjelper feltet videre, er en grunn til at Scott Aaronson, professor ved University of Texas i Austin, støtter selskapets prosjekt, selv om han er usikker på om det vil slå ut.

Microsoft tar en stor sjanse, sier Aaronson. Det er i det minste et plausibelt håp om at topologisk kvanteberegning kan hoppe over superledende [qubits] og ion-trap quantum computing når det i det hele tatt fungerer – men det er også sant at superledende og ion-feller er langt foran.

Da han ble bedt om å si akkurat når han tror Microsoft kan bygge sin første topologiske qubit for å gjøre konkurransen virkelig interessant, sier Holmdahl, som er 52, innledningsvis. Men han kan ikke motstå i det minste å begrense det. Jeg skal snart gå av med pensjon, sier han. Jeg tror det blir før da.

gjemme seg