مطالبات Qubit الطوبولوجية من Microsoft تخلق ردود فعل مختلطة
بالأمس ، قدم ثلاثة أعضاء في فريق Microsoft Quantum أعمالهم نحو كمبيوتر الكم الطوبولوجي في قمة APS Global في Anaheim. في الشهر الماضي ، صنع الفريق موجات الإعلان شريحة الكم الطوبولوجية الأولى ، Majorana 1. بهدوء ، كانت Nokia Bell Labs العمل على نسختهم الخاصة من كمبيوتر الكم الطوبولوجي ، وتزعم الشركة أنها أظهرت المكونات الرئيسية في عام 2023. كلا الجهود يمثلان الإنجازات العلمية ، ولكن دليل مضاد للرصاص على وجود كمية طوبولوجية بعيد المنال.
يقول برتراند هالبيرين ، أستاذ الفيزياء الفخري في هارفارد ، الذي لا يشارك في أي من الجهد: “أود أن أقول أن جميع الحوسبة الكمومية هي المراحل المبكرة”. “لكن الحوسبة الكمومية الطوبولوجية كانت وراءها. يمكنها اللحاق بالركب ؛ إنها تأخذ مسارًا مختلفًا إلى حد ما.”
ما هو كمبيوتر الكم الطوبولوجي؟
تعمل أجهزة الكمبيوتر الكمومية على Qubits بقيمة 0 أو 1 أو بعض التراكب للاثنين ، وعادة ما يتم تشفيرها من خلال بعض خاصية الكم المحلية – ما إذا كان تدور الإلكترون أعلى أو لأسفل. وهذا يعطي أجهزة الكمبيوتر الكمومية قدرات مختلفة عن أبناء عمومتهم الكلاسيكية ، ووعد بكسر بعض أنواع بعض المشكلات التي هي بعيد المنال حتى أكبر الحاسبات الفائقة. القضية هي أن هذه التراكيب الكمومية هشة للغاية. أي ضوضاء في البيئة ، سواء كانت تقلبات درجة الحرارة أو التغيرات الصغيرة في الحقول الكهربائية أو المغناطيسية ، يمكن أن تطرد Qubits خارج التراكب ، مما يسبب أخطاء.
تعد الحوسبة الكمومية الطوبولوجية طريقة مختلفة اختلافًا أساسيًا لبناء Qubit ، وهي من الناحية النظرية ستكون أقل هشاشة. والفكرة هي أنه بدلاً من استخدام بعض الممتلكات المحلية لتشفير Qubit ، يمكنك استخدام خاصية طوبولوجية عالمية لبحر كامل من الإلكترونات. الطوبولوجيا هي مجال للرياضيات التي تتعامل مع الأشكال: شكلان متطابقان من الناحية الطوبولوجية إذا كان يمكن تحويلهما إلى بعضهما البعض دون تمزيق ثقوب جديدة أو توصيل الأطراف غير المتصلة مسبقًا. على سبيل المثال ، يكون الحبل اللانهائي الممتد إلى الفضاء متميزًا طوبولوجيًا عن نفس الحبل مع عقدة فيه.
يمكن للإلكترونات “تحريف” حول بعضها البعض لتشكيل شيء أقرب إلى عقدة. هذه العقدة أكثر صعوبة في ربطها أو إبطالها ، مما يوفر الحماية من الضوضاء. (هذا تشبيه – لن تكون Qubits عقدة حرفية. للاطلاع على شرح تقني كامل ، راجع هذه المقدمة “القصير”.)
المشكلة هي أن الإلكترونات لا تحتفل نفسها بشكل طبيعي في عقدة. لقد افترض المنظرون مثل هذه الحالاتلعقود من الزمن ، ولكن خلق الظروف المناسبة لهم أن تنشأ في الممارسة العملية كان بعيد المنال. من الصعب للغاية إنشاء أجهزة يمكن أن تؤدي إلى إلكترونات معقدة ، ويمكن القول أنها أكثر صعوبة لإثبات أن الشخص قد فعل ذلك.
“Quantraversy” من Microsoft
إن نهج فريق Microsoft لإنشاء الإلكترونات المعقدة هو البدء بأسلاك متناهية الصغر شبه الموصل. بعد ذلك ، يقومون بتطبيق مادة فائقة التوصيل على رأس هذا الأسلاك النانوية. يجب أن تكون كل من طبقات أشباه الموصلات والموصلات الفائقة خالية تمامًا من العيوب المادية ، ويحتفظ بها في درجات حرارة Millikelvin. من الناحية النظرية ، يتيح هذا للإلكترون من الطبقة شبه الموصلة استخدام الموصل الفائق للانتشار بشكل فعال على السلك بالكامل ، مما يشكل شيئًا يشبه الحبل الذي يمكن ربطه في عقدة. يسمى هذا الحبل وضع Majorana Zero.
أظهر بشكل نهائي أنهم أنشأوا وضع Majorana Zero أمرًا صعبًا على فريق Microsoft. ادعى الفريق ومتعاونهم أنهم حققوا هذا المعلم في عام 2018 ، لكن بعض الباحثين لم يخلعهم الأدلة ، قائلين إن عيوب الجهاز يمكن أن تؤدي إلى نفس القياسات. تم سحب الورقة. في عام 2023 ، نشرت Microsoft والمتعاونون أدلة إضافية على أنهم أنشأوا Majoranas ، على الرغم من أن بعض العلماء ظلوا غير مقتنعين ، ويقولون إنه لم يتم مشاركة بيانات ما يكفي من البيانات لإعادة إنتاج النتائج. لا تزال مطالبة الشهر الماضي مثيرة للجدل.
يقول Chetan Nayak ، قيادة جهد Microsoft: “نحن واثقون جدًا من أن أجهزتنا تستضيف أوضاع Majerana Zero”.
يقول هنري ليج ، المحاضر في جامعة سانت أندروز التي قامت بتأليف اثنين من المريسينات التي تتجاهل نتائج Microsoft: “لا يوجد دليل على حتى الفيزياء الأساسية لـ Majoranas في هذه الأجهزة ، ناهيك عن بناء Qubit منها”.
يقول هارفارد هاربيرين: “ربما نتفق جميعًا على أن التجارب الإضافية والبيانات الأفضل ضرورية قبل اعتبار المشكلة مغلقة”.
ما إذا كان فريق Microsoft قد أنشأ أوضاع Majorana Zero أم لا ، مما يجعلها هي الخطوة الأولى. يجب على الفريق أيضًا أن يظهر أنه يمكن التلاعب به لإجراء الحسابات بالفعل. هناك حاجة إلى عدة أنواع من العمليات لصنع نوع العقدة التي تمثل 0 ، وربطها وربطها في عقدة تمثل 1 ، أو تخلق تراكبًا كميًا للاثنين.
أظهرت آخر ورقة قدرة الفريق على القيام بأحد القياسات اللازمة. يقول جاي ساو ، أستاذ الفيزياء في جامعة ماريلاند ، “إنها خطوة كبيرة”.
في خطوة غير عادية ، عقد فريق Microsoft Quantum اجتماعًا محدودًا للوصول في مقرهم في Station Q ، ودعا العديد من الباحثين في هذا المجال. هناك ، كشفوا عن نتائج أولية توضح قياسًا آخر من هذا القبيل.
يقول مايكل إيغليستون ، قائد البيانات والأجهزة في نوكيا ، الذي كان حاضراً في اجتماع المحطة Q: “لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يجب القيام به على هذا الجانب”. “هناك الكثير من الضوضاء في هذا النظام.
خلاصة القول ، لم يصل فريق Microsoft بعد إلى المعلم حيث يوافق المجتمع العلمي على أنهم أنشأوا Qubit طوبولوجي واحد.
يقول Eggleston: “لديهم شريحة مفهوم تحتوي على ثمانية مبتّج مصنوع من الناحية الحجرية”. “لكنها ليست Qubits الوظيفية ، فهذه هي المطبوعات الرائعة.
نوكيا بيل لابز الباحثين الحوسبة الحوسبة الكمومية حسن صديقي (يمين) وإيان كراولي يربطان محمل عينة من ثلاجة التخفيف للتبئر.Nokia Bell Labs
نهج نوكيا
يتابع فريق في Nokia Bell Labs أيضًا حلم أجهزة الكمبيوتر الكمومية الطوبولوجية ، على الرغم من أنه من خلال تطبيق مادي مختلف. الفريق ، بقيادة المحب الحوسبة الكمومية الطوبولوجية مدى الحياة روبرت ويليت ، يشطرك ورقة رقيقة من أرسينيد الغاليوم بين لوحين آخرين من الموصلات. ثم يبردون السطيرة إلى ميليكيلفن درجات حرارةوإخضاعها لحقل مغناطيسي قوي. إذا كانت خصائص الجهاز صحيحة تمامًا ، فقد يؤدي ذلك إلى إصدار ثنائي الأبعاد من الحالة الإلكترونية العالمية التي يمكن تعقيدها. سيتطلب Qubit كلا من إنشاء هذه الحالة ، والقدرة على عقدة واضطرابها.
واجه روبرت ويليت ومتعاونوه مشكلة أيضًا في إقناع المجتمع العلمي بأن ما كان لديهم على أيديهم هو حقًا الحالات الطوبولوجية المرغوبة للغاية.
يقول Eggleston من نوكيا ، الذي يشرف على جهد الحوسبة الكمومية: “نحن واثقون للغاية من أن لدينا حالة طوبولوجية”.
يقول هارفارد هاربيرين: “أجدها مقنعة بشكل معقول”. “لكن ليس الجميع يوافقون”.
لم يطالب فريق نوكيا بعد بالقدرة على القيام بعمليات مع الجهاز. يقول Eggleston إنهم يعملون على إظهار هذه العمليات ، ويخططون لتحقيق نتائج في الربع الثاني من هذا العام.
إثبات حالات الكم الطوبولوجية
يظل إثبات المكونات الطوبولوجية الضرورية خارج ظل الشك بعيد المنال. من الناحية العملية ، فإن الشيء الأكثر أهمية هو ما إذا كان يمكن إثبات أن الحالة الطوبولوجية الغريبة موجودة ، ولكن ما إذا كان يمكن للباحثين بناء Qubit يمكن التحكم فيه وأكثر قوة ضد الضوضاء من الأساليب الأكثر نضجًا.
يدعي فريق نوكيا أنه يمكنهم الحفاظ على تراكب كمية خالية من الأخطاء لعدة أيام ، على الرغم من أنهم لا يستطيعون التحكم فيها بعد. تُظهر البيانات التي كشفت عنها Microsoft في اجتماع المحطة Q أن أجهزتها لا تزال خالية من الأخطاء لمدة 5 ميكروثانية ، لكنهم يعتقدون أن هذا يمكن تحسينه. (للمقارنة ، يظل التقليد الفائق التوصيل في كمبيوتر الكم في IBM خالية من الأخطاء لما يصل إلى 400 ميكروثانية).
يقول نوكيا من Egglestein: “سيكون هناك دائمًا أشخاص لا يوافقون بالضرورة أو يريدون المزيد من البيانات ، وأعتقد أن هذه هي قوة المجتمع العلمي للطلب دائمًا على المزيد.
يقول ساو ماريلاند: “أعتقد في مرحلة ما أن تذهب إلى النظام حيث يكون ذلك جيدًا بشكل معقول ، سواء كان طوبولوجيًا على وجه التحديد أم لا ، يصبح هذا هو الهدف من النقاش”. “لكن في هذه المرحلة ، من المفيد أن تسأل عن مدى جودة أو سيء من Qubit.”
على الرغم من الصعوبات ، لا تزال الحوسبة الكمومية الطوبولوجية – على الأقل من الناحية النظرية – نهجًا واعداً للغاية.
يقول Egglestein: “إنني أنظر إلى أنواع Qubit الأخرى التي نراها هناك اليوم. إنها مظاهرات رائعة حقًا. إنها علم رائع. إنه هندسة صعبة حقًا. لسوء الحظ ، يشبه أنبوب الفراغ في الأربعينيات”. “أنت تقوم ببناء أجهزة الكمبيوتر منها لأن هذا كل ما لديك ، وهم يمثلون تحديًا حقًا. بالنسبة لي ، توفر Qubits الطوبولوجية حقًا الإمكانات التي فعلها الترانزستور. شيء صغير ، شيء قوي ، شيء قابل للتطوير. وهذا ما أعتقد أن مستقبل الحوسبة الكمومية.”
من مقالات موقعك
المقالات ذات الصلة حول الويب
