Microsoft ha invertido dinero en la ciencia de la computación cuántica desde hace algunos años, financiando algunas de las investigaciones básicas que podrían permitirnos producir computadoras basadas en el hecho de que los electrones pueden estar en muchos estados a la vez (lo que se denomina "superposición"). ).

En las computadoras que utilizamos hoy, los electrones fluyen a través de las 'puertas' de transistores dentro de un procesador que está abierto o cerrado, uno o cero en binario, pero lo que nos importa es la puerta, no el electrón. Con un qubit (abreviatura de bit cuántico), son los electrones los que almacenan la información, y eso es uno y cero a la vez, y todo lo que está en medio.

Conecta 300 qubits en una computadora cuántica y podrían almacenar más información de la que hay átomos en el universo. Más 'enredo' entre los qubits significa que una operación en una computadora cuántica hace la misma cantidad de computación real que muchas operaciones normales, por lo que los programas se ejecutan mucho más rápidamente.

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Grandes problemas

Pero hay algunos grandes problemas en la forma de progreso cuando se trata de hacer estos pequeños dispositivos informáticos. Es decir, cómo mantener el control de la física de la materia exótica lo suficientemente bien como para hacer un qubit confiable que no pierda el resultado de su cálculo antes de poder recuperarlo, por no mencionar el cableado de algunos de ellos en un sistema completo. Y manteniéndolo muy frío mientras lo ejecutas..

La mayoría de las personas que abordan la computación cuántica están considerando superconductores, pero Microsoft está adoptando un enfoque completamente diferente..

El jefe de investigación de Microsoft, Peter Lee

“Imagine colocar miles de tops en un gimnasio y hacer que giren todos a la vez, en una configuración complicada, algunos de ellos en el sentido de las agujas del reloj y otros en el sentido contrario a las agujas del reloj.,” El jefe de investigación de Microsoft, Peter Lee, le dijo a TechRadar. “Para superconductores qubits, tenemos el conocimiento de ingeniería para hacer eso, a lo largo del tiempo. Es un logro de ingeniería notable que el mundo sabe cómo hacer eso. Pero no es estable; En decenas de microsegundos se descompone..” Y mientras más qubits agregues, peor será el problema..

En cambio, Microsoft está apostando a los qubits topológicos, que no usan las propiedades del electrón, que se pueden cambiar mediante la más mínima interacción con lo que lo rodea, como el campo eléctrico de cualquier electrónica cercana, sino más bien, el orden en que algunos Partículas muy exóticas llamadas Majorana fermiones o anyons, cambio de posición..

“Bajo condiciones de flujo magnético.,” explica Lee, “orbitan en ciertos patrones, y si los imagina arrastrando un hilo detrás de ellos a medida que orbitan alrededor del otro, trenzan ese hilo en un patrón, y el patrón del trenzado codifica la computación cuántica. Podría haber mucho ruido y movimiento en la órbita, podría ser una órbita fea, pero definitivamente está orbitando en un patrón claro.”

Los qubits superconductores aún tienen un gran potencial, dice Lee, pero los qubits topológicos podrían superarlos. “Los qubits superconductores son para la computación cuántica lo que los tubos de vacío son para las computadoras digitales, pero los qubits topológicos son para la computación cuántica lo que los transistores son para la computación digital. Cuando estábamos construyendo computadoras con tubos de vacío, eran muy útiles (se podía calcular una mejor trayectoria de misiles), pero nunca iba a ser una tecnología escalable..”

De la teoría a la ingeniería

Anyons fue concebido por un físico italiano, Ettore Majorana, en la década de 1930, y luego un profesor de física llamado Alexei Kitaev. “Tropezó con ellos décadas más tarde y se dio cuenta de que si existían, podría usarlos para hacer computación cuántica,” dice Lee.

Otro prodigio matemático, Michael Freedman, había estado pensando en la teoría de nudos como una forma de hacer una computadora cuántica; cuando se unió a Microsoft Research en 1997, se unió a Kitaev. Para el 2004, Freedman estaba convencido de que sería posible construir qubits topológicos, siempre y cuando la realidad fuera real..

Fue a Craig Mundie, quien estaba a cargo de la estrategia de investigación de Microsoft. Mundie no solo contrató a más físicos teóricos, sino que financió seis laboratorios académicos de física experimental en todo el mundo para realizar experimentos que demuestren, de un modo u otro, si existen..

Un laboratorio en los Países Bajos encontró algo con las propiedades adecuadas en 2011, y luego otro en Holanda en 2012. “De repente, ahí estaba, y usted podría comenzar a soñar con la posibilidad de construir qubits con esta protección topológica.,” Lee entusiasmado.

La teoría marginal se había convertido en la corriente principal. En 2014, los matemáticos y físicos teóricos de la Estación Q, el laboratorio de investigación cuántica que Microsoft creó en Santa Bárbara en 2006, consiguieron algunos nuevos colegas. El grupo Quantum Architectures and Computation de Microsoft está encabezado por Burton Smith, cofundador de Cray, la compañía de supercomputación original, y Doug Carmean, el arquitecto responsable de los chips Intel clave como el Pentium 4 y el Nehalem Core i5 e i7 (los primeros chips para use puertas metálicas de alto K), por lo que tienen mucha experiencia trabajando al límite de lo que puede hacer con el silicio.

Y ahora se les ha unido Todd Holmdahl. El nuevo vicepresidente corporativo de Quantum de Microsoft ha sido responsable del lanzamiento de productos como Xbox y Kinect, y reunió a personal clave de hardware de Microsoft como Alex Kipman, Kudo Tsunoda y Steven Bathiche, por lo que su nuevo trabajo es una señal de que Microsoft cree que la posibilidad puede hazte realidad.

“No creo que haya un momento definitorio, pero estamos en este punto de inflexión entre la ciencia y la ingeniería.,” Holmdahl le dijo a TechRadar, dando tres razones por las que cree que es hora de pasar de la investigación a la ingeniería, a pesar de que muchos de los problemas están lejos de resolverse..

“Tenemos una muy buena línea de visión para controlar un qubit topológico: los hemos enfatizado en los últimos diez años y más porque creemos que tendrán un tiempo de coherencia más largo, serán inmunes al ruido y nos permitirán para escalar mucho más rápido. Creemos que estamos muy cerca de controlar eso.”

“La segunda cosa importante es que trabajamos con varios cultivadores que cultivan los materiales por nosotros y construyen los dispositivos, y nos damos cuenta de que podemos hacer esto mucho más rápido que en el pasado..” Eso significa que Microsoft también puede probar nuevas ideas para hacer y conectar qubits más rápidamente. “A medida que avanzamos en el proceso de ingeniería, es una gran ventaja poder superar la fase de creación de prototipos de forma rápida..”

Microsoft ya es capaz de cultivar nanocables para qubits 'relativamente rápido', pero está avanzando hacia procesos de gas de electrones en 2D, lo que podría significar que en el futuro, los qubits de fabricación podrían realizarse a la misma velocidad que los transistores. Eso significa prototipos en un plazo de semanas “y luego varios meses para el tiempo de producción,” Holmdahl sugiere. “En última instancia, creo que algo así será la solución que nos permita escalar más rápido en el futuro.” Nuevamente, Microsoft toma una dirección diferente a la mayoría de los otros equipos que trabajan en computación cuántica..

“La tercera área es que el diseño y la arquitectura que estamos construyendo parecen ser muy escalables y hemos creado una hoja de ruta para el futuro de cómo se vería nuestra computadora cuántica. No solo tenemos una idea de cómo se ve un qubit, sino cómo se ven cientos y miles de ellos: cómo se distribuirán, cómo podremos controlarlos, cómo podremos tener ellos hablan entre ellos.”

Toda la computadora

La computación cuántica necesita más que solo qubits; Necesita una computadora completa, y un modelo de programación para ella.. “La física, los qubits, son solo una parte de eso.,” Holmdahl señala. “Una de las bellezas de trabajar en Microsoft es que tenemos acceso a otras cosas que son muy importantes: la computadora clásica que necesitaremos para controlar los qubits, tenemos acceso al software que se ejecutará en esa computadora clásica, tenemos Acceda a las aplicaciones que van a hacer las cosas increíbles que existen en la computación cuántica, estos problemas intratables. Estamos trabajando en todos esos.”

“Estamos más que duplicando nuestros recursos que estamos invirtiendo en esto. Estamos agregando más recursos de investigación, estamos agregando recursos de ingeniería adicionales para ayudarlos. Estamos agregando mucha más gente, estamos agregando dólares para equipos y estamos agregando enfoque.

“He hecho esto un par de veces, con Kinect y HoloLens, y creo que estamos poniendo la cantidad correcta de recursos que nos dan la mejor oportunidad de obtener algo en el momento adecuado. Siempre apuesto mucho a la tecnología que podremos resolver muchos de los problemas que necesitamos resolver para que esté ampliamente disponible..”