Construyó la Xbox: ¿puede crear un producto de Microsoft a partir de la computación cuántica?

El ejecutivo de Microsoft, Todd Holmdahl, ha liderado equipos para inventar nuevos productos de hardware de computación rentables antes. Su último proyecto es el primero con la posibilidad de obtener un Premio Nobel de física, así como nuevos ingresos si tiene éxito.

Holmdahl supervisó previamente el diseño de hardware de las consolas Xbox y Xbox360, que generan miles de millones para Microsoft cada año. A fines del año pasado, fue nombrado líder de un creciente grupo de matemáticos, físicos e ingenieros que intentaban agregar poderosas computadoras con tecnología de física cuántica al menú de servicios de computación en la nube de Microsoft. Holmdahl habla de la computación cuántica como un ejecutivo de tecnología hablaría de una nueva línea de negocio, no de un proyecto especulativo de física o I+D.

Personalmente, soy competitivo y toda mi historia es producir productos, dice. Tenemos línea de visión a un producto comercial.

Un vistazo rápido a los proyectos de la competencia en computación cuántica hace que ese tipo de conversación sea sorprendente. Google, IBM e incluso algunas empresas emergentes ya han demostrado prototipos de hardware capaces de procesar datos (consulte 10 tecnologías innovadoras: computación cuántica práctica). Microsoft aún no está cerca.

El equipo de Holmdahl está persiguiendo un enfoque diferente al hardware cuántico basado en la manipulación de una partícula subatómica llamada fermión de Majorana, que la comunidad física no está 100 por ciento segura de que se haya visto alguna vez. Lleva el nombre del hombre que predijo su existencia, el físico italiano Ettore Majorana, quien en 1938 vació su cuenta bancaria, tomó un ferry y desapareció sin dejar rastro.

Mientras Google e IBM trabajan en sus próximos prototipos, los físicos de Microsoft están tratando de construir el primer dispositivo que pueda aislar y codificar de manera concluyente un solo bit digital de datos con la partícula que predijo Majorana. Sin embargo, Holmdahl se resiste a la sugerencia de que esto significa que es poco probable que su empresa sea la primera en el mercado. Creo que en realidad lo estaremos, dice.

Todd Holmdahl Cortesía de MSFT

hardware quisquilloso

Las computadoras cuánticas están construidas a partir de dispositivos conocidos como qubits, que representan datos utilizando la física solo aparente en escalas muy pequeñas. Las empresas tecnológicas y los inversores han invertido millones en la tecnología porque, a escala cuántica, las partículas y la información pueden hacer cosas que son completamente imposibles en nuestra realidad de tamaño humano. Esto significa que algunos cálculos que tomarían siglos en una computadora convencional se pueden hacer en segundos en una computadora cuántica. Google y otros esperan usar computadoras cuánticas para potenciar el aprendizaje automático y alquilarlas para resolver problemas en química y ciencia de los materiales (ver Los químicos son los primeros en la fila para los beneficios de la computación cuántica).

El problema es que, aunque los qubits se pueden construir de varias maneras (las más avanzadas se basan en circuitos de metal superconductor o iones de metal que flotan dentro de campos magnéticos), todos son poco confiables porque los estados cuánticos son muy delicados. Este mes, IBM anunció el chip más grande fabricado por las empresas en la carrera por una computadora cuántica de uso general: un chip con solo 17 qubits. Para hacer un trabajo útil, una computadora cuántica probablemente necesitaría muchos miles o millones de dispositivos.

El proyecto de Microsoft es una apuesta gigante a la idea de que los qubits basados ​​en el escurridizo fermión de Majorana serán mucho más confiables y, por lo tanto, más fáciles de integrar en grandes colecciones que pueden hacer un trabajo útil. Una teoría conocida como computación cuántica topológica predice que los datos escritos en las partículas, por un dispositivo llamado qubit topológico, serán resistentes a las perturbaciones que eliminarían cualquier cosa almacenada por un qubit normal (ver Mecánica cuántica de Microsoft).

Una vez que podamos encontrar una manera de realizar qubits de esta manera topológica, entonces sabremos que pueden soportar la computación, dice Xie Chen , profesor asistente de física teórica en CalTech. El problema es, ¿podemos incluso construir un qubit? En este momento, dice, los físicos experimentales están en su mayoría pero no completamente seguros de que se han observado las partículas necesarias.

gran apuesta

Cuando Holmdahl se unió al proyecto de Microsoft a fines de 2016, también lo hicieron dos destacados físicos experimentales que intentaban aclarar esa incertidumbre. Charlie Marcus, de la Universidad de Copenhague, Dinamarca, y Leo Kouwenhoven, de la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, seguirán trabajando en sus laboratorios universitarios, pero están reuniendo equipos de ingenieros de Microsoft y nuevos equipos para trabajar en la búsqueda cuántica de la empresa.

Kouwenhoven ha realizado algunos de los avistamientos potenciales más prometedores de fermiones de Majorana hasta el momento, en los extremos de nanocables semiconductores cuidadosamente diseñados. Él y los otros físicos de Microsoft ahora están trabajando en estructuras alternativas que creen que permitirán una detección y manipulación indiscutibles de las partículas, y se convertirán en los primeros qubits topológicos en funcionamiento. En lugar de usar cables diminutos, se basan en el crecimiento de láminas planas de material semiconductor.

Holmdahl dice que el método se ajusta a las técnicas establecidas de fabricación de productos electrónicos, de modo que cuando la empresa construya su primer qubit topológico, ¿o debería ser así?, puede escalar a dispositivos grandes más rápido que los grupos que trabajan con los qubits más meticulosos que existen en la actualidad. Efectivamente, tenemos una hoja de ruta que nos permite pasar de unos pocos qubits a unos pocos miles de qubits, dice Holmdahl.

Historia relacionada

Leer siguiente ¿Pueden las aventuras de una corporación envejecida en la investigación de física fundamental abrir una nueva era de computadoras inimaginablemente poderosas?

Microsoft también tiene un grupo de investigación en su campus de Redmond, Washington, que trabaja en cómo usar esos qubits cuando estén disponibles. Una de sus actividades es averiguar cuántos qubits se necesitarían para realizar un trabajo útil en áreas como el aprendizaje automático o las simulaciones químicas.

Krysta Svore, quien lidera el grupo, dice que un resultado reciente tiene el potencial de reducir ese número, tanto para Microsoft como para sus competidores. Sus investigadores descubrieron cómo reducir la cantidad de qubits necesarios para realizar una operación crucial para los algoritmos cuánticos. Promete que podría estar ejecutando grandes algoritmos antes, dice Svore.

El hecho de que Microsoft publique abiertamente tales resultados, lo que ayuda a que el campo avance, es una de las razones por las que Scott Aaronson, profesor de la Universidad de Texas en Austin, apoya el proyecto de la empresa, aunque no está seguro de que funcione.

Microsoft se está arriesgando mucho, dice Aaronson. Existe al menos una esperanza plausible de que la computación cuántica topológica pueda superar a los superconductores [qubits] y la computación cuántica de trampa de iones una vez que funcione, pero también es cierto que los superconductores y las trampas de iones están muy por delante.

Cuando se le pidió que dijera cuándo cree que Microsoft puede construir su primer qubit topológico para hacer que la competencia sea realmente interesante, Holmdahl, de 52 años, inicialmente objeta. Pero no puede resistirse al menos a reducirlo. Me jubilaré en breve, dice. Creo que será antes de eso.

esconder