Ha costruito l'Xbox: può realizzare un prodotto Microsoft con il Quantum Computing?

Il dirigente Microsoft Todd Holmdahl ha già guidato i team a inventare nuovi prodotti hardware di elaborazione redditizi. Il suo ultimo progetto è il primo con la possibilità di ottenere un premio Nobel per la fisica e nuove entrate se avrà successo.

Holmdahl in precedenza ha supervisionato la progettazione hardware delle console Xbox e Xbox360, che ogni anno guadagnano miliardi per Microsoft. Alla fine dell'anno scorso è stato nominato leader di una crescente banda di matematici, fisici e ingegneri che cercavano di aggiungere potenti computer basati sulla fisica quantistica al menu di servizi di cloud computing di Microsoft. Holmdahl parla di informatica quantistica come un dirigente tecnologico farebbe una nuova linea di business, non una fisica speculativa o un progetto di ricerca e sviluppo.

Personalmente sono competitivo e tutta la mia storia consiste nella produzione di prodotti, dice. Abbiamo una visuale su un prodotto commerciale.

Una rapida occhiata ai progetti concorrenti nell'informatica quantistica rende questo tipo di discorsi sorprendente. Google, IBM e persino alcune startup hanno già dimostrato un prototipo di hardware in grado di elaborare i dati (vedi 10 Breakthrough Technologies: Practical Quantum Computing). Microsoft non è ancora vicino.

L'equipaggio di Holmdahl sta cercando un approccio diverso all'hardware quantistico basato sulla manipolazione di una particella subatomica chiamata fermione di Majorana, che la comunità dei fisici non è sicura al 100% sia mai stata vista. Prende il nome dall'uomo che ne predisse l'esistenza, il fisico italiano Ettore Majorana, che nel 1938 svuotò il suo conto in banca, prese un traghetto e scomparve senza lasciare traccia.

Mentre Google e IBM lavorano ai loro prossimi prototipi, i fisici di Microsoft stanno cercando di costruire il primo dispositivo in grado di isolare e codificare in modo definitivo un singolo bit digitale di dati con la particella prevista da Majorana. Eppure Holmdahl resiste al suggerimento che ciò significhi che è improbabile che la sua azienda sia la prima sul mercato. Penso che lo saremo davvero, dice.

Todd Holmdahl Per gentile concessione di MSFT

Hardware schizzinoso

I computer quantistici sono costruiti con dispositivi noti come qubit, che rappresentano dati utilizzando la fisica apparente solo su scale molto piccole. Le società tecnologiche e gli investitori hanno investito milioni nella tecnologia, perché su scala quantistica, particelle e informazioni possono fare cose che sono assolutamente impossibili nella nostra realtà a misura d'uomo. Ciò significa che alcuni calcoli che richiederebbero secoli su un computer convenzionale possono essere eseguiti in pochi secondi su un computer quantistico. Google e altri sperano di utilizzare i computer quantistici per potenziare l'apprendimento automatico e di noleggiarli per risolvere problemi di chimica e scienza dei materiali (vedi I chimici sono i primi in linea per i vantaggi del Quantum Computing).

Il problema è che sebbene i qubit possano essere costruiti in vari modi (i più avanzati si basano su circuiti metallici superconduttori o ioni metallici che fluttuano all'interno di campi magnetici) sono tutti inaffidabili perché gli stati quantistici sono così delicati. Questo mese IBM ha annunciato il chip più grande prodotto dalle aziende in corsa per un computer quantistico per uso generico, un chip con soli 17 qubit. Per svolgere un lavoro utile, un computer quantistico avrebbe probabilmente bisogno di molte migliaia o milioni di dispositivi.

Il progetto di Microsoft è una scommessa gigantesca sull'idea che i qubit basati sull'elusivo fermione di Majorana saranno molto più affidabili e quindi più facili da integrare in grandi raccolte che possono svolgere un lavoro utile. Una teoria nota come informatica quantistica topologica prevede che i dati scritti nelle particelle, da un dispositivo chiamato qubit topologico, saranno resilienti alle perturbazioni che cancellerebbero qualsiasi cosa memorizzata da un qubit normale (vedi Meccanica quantistica di Microsoft).

Una volta che riusciamo a trovare un modo per realizzare i qubit in questo modo topologico, allora sappiamo che possono supportare il calcolo, afferma Xi Chen , assistente professore di fisica teorica al CalTech. Il problema è: possiamo anche costruire un qubit? In questo momento, dice, i fisici sperimentali sono per lo più, ma non completamente sicuri, che le particelle necessarie siano state osservate.

Enorme scommessa

Quando Holmdahl si è unito al progetto di Microsoft alla fine del 2016, anche due importanti fisici sperimentali hanno cercato di chiarire questa incertezza. Charlie Marcus, dell'Università di Copenaghen, in Danimarca, e Leo Kouwenhoven, della Delft University of Technology, nei Paesi Bassi, continueranno a lavorare nei loro laboratori universitari, ma faranno lavorare team di ingegneri Microsoft e nuove apparecchiature alla ricerca quantistica dell'azienda.

Kouwenhoven ha finora realizzato alcuni dei potenziali avvistamenti più promettenti di fermioni di Majorana, alle estremità di nanofili semiconduttori accuratamente progettati. Lui e gli altri fisici di Microsoft stanno ora lavorando su strutture alternative che secondo loro consentiranno il rilevamento e la manipolazione indiscutibili delle particelle e diventeranno i primi qubit topologici funzionanti. Invece di usare piccoli fili, si affidano alla crescita di lastre piatte di materiale semiconduttore.

Holmdahl afferma che il metodo si adatta alle tecniche di produzione elettronica consolidate, in modo che quando, o dovrebbe essere se?, l'azienda costruisce il suo primo qubit topologico, può passare a dispositivi di grandi dimensioni più velocemente dei gruppi che lavorano con i qubit più schizzinosi che esistono oggi. Abbiamo effettivamente una road map che ci consente di passare da pochi qubit a poche migliaia di qubit, afferma Holmdahl.

Storia correlata

Leggi Avanti Le avventure di una società invecchiata nella ricerca sulla fisica fondamentale possono aprire una nuova era di computer inimmaginabilmente potenti?

Microsoft ha anche un gruppo di ricerca nel campus di Redmond, Washington, che lavora su come utilizzare quei qubit quando saranno disponibili. Una delle sue attività è capire quanti qubit sarebbero necessari per svolgere un lavoro utile in aree come l'apprendimento automatico o le simulazioni chimiche.

Krysta Svore, che guida il gruppo, afferma che un risultato recente ha il potenziale per ridurre quel numero, sia per Microsoft che per i suoi concorrenti. I suoi ricercatori hanno scoperto come ridurre il numero di qubit necessari per eseguire un'operazione cruciale per gli algoritmi quantistici. Promette che potresti eseguire prima algoritmi di grandi dimensioni, afferma Svore.

Il fatto che Microsoft pubblichi tali risultati apertamente, aiutando il settore ad avanzare, è uno dei motivi per cui Scott Aaronson, professore all'Università del Texas ad Austin, sostiene il progetto dell'azienda, anche se non è sicuro che si concretizzerà.

Microsoft sta facendo una grande scommessa, dice Aaronson. C'è almeno una speranza plausibile che il calcolo quantistico topologico possa scavalcare i superconduttori [qubit] e il calcolo quantistico con trappola ionica una volta che funzionerà, ma è anche vero che i superconduttori e le trappole ioniche sono molto più avanti.

Quando gli è stato chiesto di dire proprio quando pensa che Microsoft possa costruire il suo primo qubit topologico per rendere la competizione davvero interessante, Holmdahl, che ha 52 anni, inizialmente esita. Ma non può resistere almeno a restringere il campo. Tra poco andrò in pensione, dice. Penso che lo sarà prima di allora.

nascondere