Han byggde Xbox-kan han göra en Microsoft-produkt av kvantdatorer?

Microsofts chef Todd Holmdahl har lett team att uppfinna lönsamma nya hårdvaruprodukter tidigare. Hans senaste projekt är hans första med chans att ta hem ett Nobelpris i fysik samt nya intäkter om det lyckas.

Holmdahl har tidigare övervakat hårdvarudesignen av Xbox- och Xbox360-konsolerna, som drar in miljarder för Microsoft varje år. I slutet av förra året utsågs han till ledare för ett svällande band av matematiker, fysiker och ingenjörer som försöker lägga till mäktiga datorer som drivs av kvantfysik till Microsofts meny med molntjänster. Holmdahl talar om kvantberäkning som en teknisk chef skulle göra en ny bransch, inte ett spekulativt fysik- eller FoU-projekt.

Jag är personligen konkurrenskraftig, och hela min historia är att producera produkter, säger han. Vi har sikte på en kommersiell produkt.

En snabb blick på konkurrerande projekt inom kvantberäkning gör den typen av prat överraskande. Google, IBM och till och med några nystartade företag har redan visat prototyphårdvara som kan bryta data (se 10 genombrottsteknologier: praktisk kvantberäkning). Microsoft är ännu inte nära.

Holmdahls besättning jagar ett annat förhållningssätt till kvanthårdvara baserat på att manipulera en subatomär partikel som kallas Majorana-fermion, som fysikgemenskapen inte är 100 procent säker på att någonsin har setts. Den är uppkallad efter mannen som förutspådde dess existens, den italienske fysikern Ettore Majorana, som 1938 tömde sitt bankkonto, tog en färja och försvann spårlöst.

Medan Google och IBM arbetar med sina nästa prototyper, försöker Microsofts fysiker bygga den första enheten som definitivt kan isolera och koda en enda digital bit data med partikeln Majorana förutspått. Ändå motsätter Holmdahl påståendet att detta innebär att hans företag sannolikt inte kommer att vara först på marknaden. Det tror jag att vi faktiskt kommer att bli, säger han.

Todd Holmdahl med tillstånd från MSFT

Snygg hårdvara

Kvantdatorer är byggda av enheter som kallas qubits, som representerar data med hjälp av fysik endast uppenbar i mycket små skalor. Teknikföretag och investerare har sänkt miljoner i tekniken, för i kvantskalan kan partiklar och information göra saker som är helt omöjliga i vår verklighet av mänsklig storlek. Detta innebär att vissa beräkningar som skulle ta århundraden på en konventionell dator kan göras på några sekunder på en kvantdator. Google och andra hoppas kunna använda kvantdatorer för att driva upp maskininlärning och hyra ut dem för att lösa problem inom kemi och materialvetenskap (se Kemister är först i raden för kvantberäkningsfördelar).

Haken är att även om qubits kan byggas på olika sätt – de mest avancerade är baserade på supraledande metallkretsar eller metalljoner som flyter inuti magnetfält – är de alla opålitliga eftersom kvanttillstånd är så känsliga. Den här månaden tillkännagav IBM det största chipet som tillverkats av företagen i jakten på en kvantdator för allmänt bruk – ett chip med bara 17 qubits. För att göra användbart arbete skulle en kvantdator sannolikt behöva många tusen eller miljoner av enheterna.

Microsofts projekt är en jättesatsning på idén att qubits baserade på den svårfångade Majorana-fermion kommer att vara mycket mer tillförlitliga och därmed lättare att bygga in i stora samlingar som kan göra användbart arbete. En teori känd som topologisk kvantberäkning förutspår att data som skrivs in i partiklarna, av en enhet som kallas topologisk qubit, kommer att vara motståndskraftig mot störningar som skulle utplåna allt som lagras av en vanlig qubit (se Microsofts kvantmekanik).

När vi väl kan hitta ett sätt att realisera qubits på detta topologiska sätt, då vet vi att de kan stödja beräkning, säger Xie Chen , en biträdande professor i teoretisk fysik vid CalTech. Frågan är om vi ens kan bygga en qubit? Just nu, säger hon, är experimentfysiker mest men inte helt säkra på att de nödvändiga partiklarna har observerats.

Stor chansning

När Holmdahl gick med i Microsofts projekt sent 2016, försökte två ledande experimentfysiker också reda ut den osäkerheten. Charlie Marcus, vid Köpenhamns universitet, Danmark, och Leo Kouwenhoven, vid Delfts tekniska universitet, i Nederländerna, kommer att fortsätta arbeta i sina universitetslaboratorier men får team av Microsoft-ingenjörer och ny utrustning att arbeta med företagets kvantuppdrag.

Kouwenhoven har gjort några av de mest lovande potentiella iakttagelserna av Majorana-fermioner hittills, i ändarna av noggrant designade halvledarnanotrådar. Han och Microsofts andra fysiker arbetar nu med alternativa strukturer som de tror kommer att tillåta obestridlig detektering och manipulation av partiklarna – och bli de första fungerande topologiska qubitarna. Istället för att använda små trådar förlitar de sig på att växa platta ark av halvledarmaterial.

Holmdahl säger att metoden passar med etablerade elektroniktillverkningstekniker, så att när – eller borde det vara om? – företaget bygger sin första topologiska qubit, kan det rampa upp till stora enheter snabbare än grupper som arbetar med de mer kräsna qubits som finns idag. Vi har effektivt en färdplan som gör att vi kan gå från några qubits till några tusen qubits, säger Holmdahl.

Relaterad berättelse

Läs Nästa Kan ett åldrande företags äventyr inom grundläggande fysikforskning öppna en ny era av ofattbart kraftfulla datorer?

Microsoft har också en forskargrupp på Redmond, Washington, campus som arbetar med hur man använder dessa qubits när de blir tillgängliga. En av dess aktiviteter är att ta reda på hur många qubits som skulle behövas för att göra användbart arbete inom områden som maskininlärning eller kemisimuleringar.

Krysta Svore, som leder gruppen, säger att ett nyligen genomfört resultat har potential att dra ner den siffran – för både Microsoft och dess konkurrenter. Hennes forskare kom på hur man minskar antalet qubits som behövs för att utföra en avgörande operation till kvantalgoritmer. Det lovar att du kanske kör stora algoritmer tidigare, säger Svore.

Det faktum att Microsoft publicerar sådana resultat öppet och hjälper fältet att avancera, är en anledning till att Scott Aaronson, professor vid University of Texas i Austin, stöder företagets projekt, även om han är osäker på om det kommer att sluta.

Microsoft tar en enorm chansning, säger Aaronson. Det finns åtminstone ett rimligt hopp om att topologisk kvantberäkning skulle kunna hoppa över supraledande [qubits] och jonfälla-kvantberäkning när den väl fungerar – men det är också sant att supraledande och jonfällor ligger långt före.

Ombedd att säga precis när han tror att Microsoft kan bygga sin första topologiska qubit för att göra tävlingen riktigt intressant, säger Holmdahl, som är 52, inledningsvis. Men han kan inte motstå att åtminstone begränsa det. Jag går i pension inom kort, säger han. Jag tror att det blir innan dess.

Dölj