어제 Microsoft Quantum 팀의 세 멤버 발표 토폴로지를 향한 그들의 작업 컴퓨터의 양 에서 APS Global Summit 애너하임에서. 지난 달, 팀은 파도를 만들었습니다 발표 그들의 첫 번째 토폴로지 Quantum 칩 인 Majorana 1. 더 조용히 Nokia Bell Labs는 작업 자체 버전의 토폴로지 양자 컴퓨터, 회사는 시연 2023 년의 주요 성분은 두 노력이 과학적 성과를 나타내지 만, 토폴로지 양자 비트의 방탄 증거는 애매합니다.
“모든 양자 컴퓨팅이 초기 단계라고 말하고 싶습니다. Bertrand Halperin하버드의 물리학 교수, 어느 노력에도 관여하지 않는 하버드의 물리학 교수. “그러나 토폴로지의 양자 컴퓨팅은 더 뒤쳐져 있습니다. 따라 잡을 수 있습니다. 다소 다른 길을 가고 있습니다.”
토폴로지 양자 컴퓨터 란 무엇입니까?
양자 컴퓨터가 실행됩니다 큐비트 0, 1의 가치 또는 둘의 일부 중첩은 일반적으로 일부 국소 양자 특성을 통해 인코딩됩니다. 이것은 양자 컴퓨터에 고전적인 사촌들과 다른 기능을 제공하므로, 가장 큰 슈퍼 컴퓨터조차도 손이 닿지 않는 특정 유형의 문제를 쉽게 파괴 할 것을 약속합니다. 문제는 이러한 양자 중첩이 매우 깨지기 쉽다는 것입니다. 환경의 모든 소음, 온도 변동 또는 전기 또는 자기장의 작은 변화로 인해 큐브가 중첩되어 오류가 발생할 수 있습니다.
토폴로지 양자 컴퓨팅은 이론적으로 이론적으로는 훨씬 덜 깨지기 쉬운 큐 비트를 구축하는 데 근본적으로 다른 접근법입니다. 아이디어는 일부 지역 속성을 사용하여 큐 비트를 인코딩하는 대신 전자 전체의 전 세계 토폴로지 속성을 사용한다는 것입니다. 토폴로지는 모양을 다루는 수학 분야입니다. 새 구멍을 찢거나 이전에 연결되지 않은 끝을 연결하지 않고 서로 변형 될 수있는 경우 두 가지 모양이 토폴로지 적으로 동일합니다. 예를 들어, 공간으로 확장되는 무한 로프는 토탄이있는 동일한 로프와 토폴로지로 구별됩니다.
전자는 매듭과 비슷한 것을 형성하기 위해 서로를“비틀”할 수 있습니다. 이 매듭은 묶거나 풀기가 더 어렵고 소음에 대한 보호를 제공합니다. (이것은 비유입니다 – 큐브는 문자 그대로의 매듭이 아닙니다. 전체적인 기술적 인 설명을 보려면 참조하십시오. 이 “짧은”소개.))
문제는 전자가 종종 자연스럽게 매듭으로 비틀지 않는다는 것입니다. 이론가들 가정 그러한 상태가 존재할 수 있습니다 수십 년 동안, 그러나 그들이 실제로 발생할 수있는 올바른 조건을 만드는 것은 애매 모호했습니다. 매듭이있는 전자를 일으킬 수있는 장치를 만드는 것은 매우 어렵고, 그 자체가 그렇게했다는 것을 증명하기가 더욱 어렵습니다.
Microsoft의 “Quantraversy”
매듭이있는 전자를 만드는 Microsoft 팀의 접근 방식은 반도체 나노 와이어로 시작하는 것입니다. 그런 다음이 나노 와이어 위에 초전도 재료를 층화합니다. 반도체 및 초전도체 층 모두 물질 결함이 거의 없어야하며 Millikelvin 온도에서 유지되어야합니다. 이론적으로, 이것은 반도체 층으로부터의 전자가 초전도체를 사용하여 전체 와이어에 효과적으로 퍼져 나오는 로프와 비슷한 것을 형성 할 수있게한다. 이 로프는 a라고합니다 Majorana Zero 모드.
Majorana Zero 모드를 생성 한 것이 Microsoft 팀에게는 어려운 것으로 입증되었습니다. 팀과 협력자들은 2018 년 에이 이정표를 달성했다고 주장했지만 일부 연구자들은 설득력이 없습니다 증거에 따르면 장치의 결함이 동일한 측정을 초래할 수 있다고 말할 수 있습니다. 종이가 얻었습니다 후퇴. 2023 년 Microsoft 및 Collaborators 게시 일부 과학자들이 남아 있었지만 Majoranas를 만들었다는 추가 증거 설득력이 없습니다그리고 말하다 결과를 재현하기에 충분한 데이터가 공유되지 않았습니다. 지난 달 주장하다 유적 논쟁적인.
“우리는 우리의 장치가 Majorana Zero 모드를 호스팅한다고 확신합니다. Chetan NayakMicrosoft 노력의 리드.
“이 장치에서 Majoranas의 기본 물리학조차도 증거가 없으며, 그로부터 쿼트를 만들 수는 없다”고 말했다. 헨리 추가저술 한 세인트 앤드류 대학교 강사 둘 프리 인쇄 Microsoft의 결과에 대한 분쟁.
Harvard의 Halperin은“우리는 문제가 폐쇄되기 전에 추가 실험과 더 나은 데이터가 필요하다는 데 동의 할 것입니다.
Microsoft 팀이 Majorana Zero 모드를 만들었는지 여부는 첫 번째 단계 일뿐입니다. 팀은 또한 실제로 계산을 수행하도록 조작 할 수 있음을 보여 주어야합니다. 0을 나타내는 매듭을 만들고, 풀고, 1을 나타내는 매듭으로 묶거나, 둘의 양자 중첩을 만드는 데 여러 가지 유형의 작업이 필요합니다.
가장 최근 종이 필요한 측정 중 하나를 수행 할 수있는 팀의 능력을 보여주었습니다. “이것은 큰 단계입니다.”라고 말합니다 Jay Sau메릴랜드 대학교의 물리 교수는 Microsoft 팀과 컨설팅 약속을 보유하고 있습니다.
비정상적인 움직임으로 Microsoft의 Quantum 팀은 본사에서 제한된 액세스 회의를 열었습니다. 스테이션 Q그리고이 분야의 여러 연구원들을 초대했습니다. 그곳에서 그들은 그러한 측정을 다른 측정을 보여주는 예비 결과를 공개했습니다.
“그 측면에서해야 할 일은 여전히 약간 있습니다.”라고 말합니다. Michael Eggleston스테이션 Q 회의에 참석 한 Nokia의 데이터 및 장치 리더. “그 시스템에는 많은 소음이 있습니다. 그러나 나는 그들이 좋은 길을 가고 있다고 생각합니다.”
요약하면, Microsoft 팀은 아직 과학계가 단일 토폴로지 쿼터를 만들었다는 데 동의 할 이정표에 도달하지 못했습니다.
Eggleston은“그들은 8 개의 석판화로 제작 된 큐브를 가진 컨셉 칩을 가지고 있습니다. “그러나 그들은 기능적인 큐브가 아니며, 그것은 작은 프린트입니다. 그것은 그들이 무엇을 향하고 있는지에 대한 그들의 개념입니다.”
Nokia Bell Labs Quantum Computing 연구원 Hasan Siddiquee (오른쪽)와 Ian Crawley는 쿨 다운을 위해 희석 냉장고 샘플 로더를 연결합니다.Nokia Bell Labs
노키아의 접근
Nokia Bell Labs의 한 팀은 또한 다른 물리적 구현을 통해서는 토폴로지 양자 컴퓨터의 꿈을 추구하고 있습니다. 팀이 이끄는 팀 평생 토폴로지 양자 컴퓨팅 신봉자 로버트 윌렛두 개의 다른 반도체 슬래브 사이에 얇은 갈륨 비 세나이드 시트를 샌드위치하고 있습니다. 그런 다음 샌드위치를 밀리 켈빈 온도로 식 힙니다 그리고 그것을 강한 자기장에 적용합니다. 장치 속성이 옳은 경우, 이는 매듭을 올릴 수있는 글로벌 전자 상태의 2 차원 버전을 일으킬 수 있습니다. 큐 비트는이 상태의 창조와 제어 할 수있는 매듭을 짓고 노예를 풀 수있는 능력을 요구할 것입니다.
Robert Willet과 그의 협력자들은 또한 과학계에 자신의 손에 가지고있는 것이 실제로 탐욕스러운 토폴로지 상태임을 설득하는 데 어려움을 겪었습니다.
양자 컴퓨팅 노력을 감독하는 Nokia의 Eggleston은“우리는 토폴로지 상태를 가지고 있다고 확신합니다.
하버드의 할 페린은“합리적으로 설득력이 있다고 생각한다. “그러나 모든 사람이 동의하지는 않습니다.”
Nokia 팀은 아직 장치에서 작업을 수행 할 수있는 능력을 주장하지 않았습니다. Eggleston은 이러한 작전을 시연하기 위해 노력하고 있으며 올해 2 분기에 결과를 계획하고 있다고 밝혔다.
토폴로지의 양자 상태를 증명합니다
의심의 그림자를 넘어 필요한 토론 적 성분을 증명하는 것은 여전히 애매 모호합니다. 실제로 가장 중요한 것은 이국적인 토폴로지 상태가 존재하는 것으로 입증 될 수 있는지 여부가 아니라 연구자들이 더 성숙한 접근법보다 소음에 대해 제어 가능하고 훨씬 강력한 큐 비트를 구축 할 수 있는지 여부입니다.
Nokia의 팀은 아직 통제 할 수는 없지만 며칠 동안 오류가없는 양자 중첩을 유지할 수 있다고 주장합니다. 스테이션 Q 회의에서 Microsoft가 공개 한 데이터는 장치가 오류가없는 상태로 유지됩니다. 5 마이크로 초그러나 그들은 이것이 개선 될 수 있다고 생각합니다. (비교를 위해, IBM의 양자 컴퓨터의 전통 초전도 큐 비트는 최대 오류가 없습니다. 400 마이크로 초).
Nokia의 Egglestein은“반드시 더 많은 데이터에 동의하거나 더 많은 데이터를 원하지 않는 사람들이 항상있을 것입니다. 그리고 저는 그것이 항상 더 많은 것을 요구하는 과학계의 강점이라고 생각합니다. 이것에 대한 우리의 느낌은 장치의 복잡성을 확장해야합니다.”
메릴랜드의 SAU는“어느 시점에서 당신은 그것이 정확히 토폴로지이든 아니든 상관없이 합리적으로 좋은 큐 비트 인 정권으로 가고 있다고 생각합니다. “그러나 그 시점에서 큐 비트가 얼마나 좋은지 나쁜지 묻는 것이 더 유용합니다.”
어려움에도 불구하고, 토폴로지 양자 컴퓨팅은 적어도 이론적으로 매우 유망한 접근법입니다.
Egglestein은“오늘 우리가 볼 수있는 다른 큐 비트 유형을 살펴 봅니다. 그들은 정말 좋은 시연입니다. 그것은 훌륭한 과학입니다. 정말 어려운 엔지니어링입니다. 불행히도 40 년대의 진공관과 비슷합니다. “당신은 컴퓨터를 구축하기 때문에 컴퓨터를 구축하고 확장하기가 정말 어렵 기 때문입니다. 저에게 토폴로지 큐브는 트랜지스터가했던 잠재력을 실제로 제공합니다. 작고 강력한 무언가, 확장 가능한 일입니다. 그리고 그것이 양자 컴퓨팅의 미래는 생각합니다.”
