Les revendications de qubit topologique de Microsoft créent des réactions mitigées
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Noesis News- 0
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Hier, trois membres de l’équipe quantique de Microsoft présenté leur travail vers un topologique ordinateur quantique au APS Global Summit à Anaheim. Le mois dernier, l’équipe a fait des vagues annonce leur première puce quantique topologique, le Majorana 1. Plus tranquillement, Nokia Bell Labs a été travailler sur leur propre version d’un ordinateur quantique topologique, et la société prétend qu’elle est démontré Les ingrédients clés en 2023. Les deux efforts représentent des réalisations scientifiques, mais les preuves pare-balles d’un bit quantique topologique sont insaisissables.
«Je dirais tout calcul quantique sont les premiers stades », dit Bertrand Halperinprofesseur émérite de physique Harvardqui n’est pas impliqué dans les deux efforts. «Mais l’informatique quantique topologique est en retard.
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique topologique?
Ordinateurs quantiques continuer qubits Évalué à 0, 1 ou certains superposition des deux, généralement codés à travers une propriété quantique locale, disons, que le rotation d’un électron soit haut ou bas. Cela donne aux ordinateurs quantiques différentes capacités de leurs cousins classiques, promettant de casser facilement certains types de problèmes qui sont hors de portée de la plus grande super-ordinateurs. Le problème est que ces superpositions quantiques sont très fragiles. Tout bruit dans l’environnement, qu’il s’agisse de fluctuations de température ou de petits changements d’électricité ou champs magnétiquespeut frapper qubits hors de superposition, provoquant des erreurs.
L’informatique quantique topologique est une approche fondamentalement différente de la construction d’un qubit, qui en théorie serait beaucoup moins fragile. L’idée est qu’au lieu d’utiliser des biens locaux pour coder le qubit, vous utiliseriez une propriété topologique globale d’une mer entière de électrons. Topologie est un champ de mathématiques Cela traite des formes: deux formes sont topologiquement identiques si elles peuvent être transformées les unes dans les autres sans déchirer de nouveaux trous ou connecter des extrémités précédemment non connectées. Par exemple, une corde infinie s’étendant dans l’espace est topologiquement distincte de la même corde avec un nœud.
Les électrons peuvent «se tordre» les uns autour les uns des autres pour former quelque chose qui ressemble à un nœud. Ce nœud est plus difficile à attacher ou à se détacher, offrant une protection contre le bruit. (C’est une analogie – les Qubits ne seraient pas des nœuds littéraux. Pour une explication technique complète, voir Cette «courte» introduction.)
Le problème est que les électrons ne se tournent pas souvent naturellement en nœuds. Les théoriciens ont postulé De tels états pourraient existerPendant des décennies, mais la création de bonnes conditions pour leur survient dans la pratique a été insaisissable. Il est extrêmement difficile de fabriquer des appareils qui pourraient donner naissance à des électrons noués, et sans doute encore plus difficile à prouver que l’on l’a fait.
«QuantRaversy» de Microsoft
Le Microsoft L’approche de l’équipe pour créer des électrons noués est de commencer avec un semi-condu nanofil. Ensuite, ils superposent un supraconducteur Matériel au-dessus de ce nanofil. À la fois le semi-conducteur et supraconducteur Les couches doivent être presque complètement dépourvues de défauts matériels et maintenues à des températures de Millikelvin. En théorie, cela permet à un électron de la couche semi-conductive d’utiliser le supraconducteur pour se propager efficacement sur tout le fil, formant quelque chose qui ressemble à une corde qui peut être liée aux nœuds. Cette corde est appelée un Mode Zero Majorana.
Montrer définitivement qu’ils ont créé un mode Zero Majorana se sont révélés difficiles pour l’équipe Microsoft. L’équipe et leurs collaborateurs ont affirmé avoir atteint cette étape en 2018, mais certains chercheurs étaient peu convaincu Par la preuve, affirmer que les imperfections dans l’appareil auraient pu entraîner les mêmes mesures. Le papier a obtenu rétracté. En 2023, Microsoft et collaborateurs publié Des preuves supplémentaires qu’ils ont créé des majos, bien que certains scientifiques soient restés peu convaincuet dire Pas suffisamment de données ont été partagées pour reproduire les résultats. Le mois dernier réclamer restes controverse.
«Nous sommes très convaincus que nos appareils hébergent les modes Majorana Zero», dit Chetan Nayakl’exemple de l’effort Microsoft.
«Il n’y a aucune preuve même de la physique fondamentale des majes Henry Leggmaître de conférences à l’Université de St. Andrews qui est l’auteur deux préimpression contestant les résultats de Microsoft.
«Nous serions probablement tous convaincus que d’autres expériences et de meilleures données sont nécessaires avant que le problème puisse être considéré comme fermé», explique Halperin de Harvard.
Que l’équipe Microsoft ait créé ou non des modes Majorana Zero, ce n’est que la première étape. L’équipe doit également montrer qu’elle peut être manipulée pour faire des calculs. Plusieurs types d’opérations sont nécessaires pour faire le type de nœud qui représente 0, se détachez-le et l’attachez en un nœud qui représente 1, ou créez une superposition quantique des deux.
Le plus récent papier a démontré la capacité de l’équipe à effectuer l’une des mesures nécessaires. «C’est un grand pas», dit Jay Sauprofesseur de physique à l’Université de Maryland qui a un rendez-vous de conseil avec l’équipe Microsoft.
Dans une décision inhabituelle, l’équipe quantique de Microsoft a tenu une réunion d’accès limité à son siège Station Qet a invité plusieurs chercheurs sur le terrain. Là, ils ont révélé des résultats préliminaires démontrant une autre mesure de ce type.
«Il y a encore pas mal de travail à faire de ce côté», dit Michael Egglestonleader des données et des appareils à Nokiaqui était présent à la réunion de la station Q. « Il y a beaucoup de bruit dans ce système.
Pour résumer, l’équipe Microsoft n’a pas encore atteint le jalon où la communauté scientifique conviendrait qu’elle a créé un seul qubit topologique.
«Ils ont une puce de concept qui a huit qubits fabriqués lithographiquement», explique Eggleston. « Mais ce ne sont pas des qubits fonctionnels, c’est les petits caractères.
Nokia Bell Labs Les chercheurs en informatique quantique Hasan Siddicee (à droite) et Ian Crawley reliant un chargeur d’échantillon de réfrigérateur de dilution pour le temps de recharge.Nokia Bell Labs
Approche de Nokia
Une équipe de Nokia Bell Labs poursuit également le rêve de Ordinateurs quantiques topologiquesbien qu’à travers une implémentation physique différente. L’équipe, dirigée par permanent Devote de calcul quantique topologique Robert Willetest en sandwich une fine feuille de arséniure de gallium entre deux autres dalles semi-conductrices. Ils refroidissent ensuite le sandwich aux températures de millikelvinet soumettez-le à un champ magnétique fort. Si les propriétés de l’appareil sont correctes, cela pourrait donner naissance à une version bidimensionnelle d’un état électronique mondial qui peut être noué. Un qubit nécessiterait à la fois la création de cet état et la capacité de le nouer et de le désouvrir de manière contrôlable.
Robert Willet et ses collaborateurs ont également eu du mal à convaincre la communauté scientifique que ce qu’ils avaient entre leurs mains est vraiment les États topologiques très convoités.
«Nous sommes très confiants que nous avons un état topologique», explique Eggleston de Nokia, qui supervise l’effort informatique quantique.
«Je trouve cela raisonnablement convaincant», explique Halperin de Harvard. « Mais tout le monde ne serait pas d’accord. »
L’équipe Nokia n’a pas encore affirmé la capacité de faire des opérations avec l’appareil. Eggleston dit qu’ils travaillent sur la démonstration de ces opérations et prévoient d’avoir des résultats au deuxième trimestre de cette année.
Prouver des états quantiques topologiques
Prouver les ingrédients topologiques nécessaires hors de l’ombre d’un doute reste insaisissable. En pratique, la chose la plus importante n’est pas de savoir si l’état topologique exotique peut être prouvé comme présent, mais si les chercheurs peuvent construire un qubit à la fois contrôlable et beaucoup plus robuste contre le bruit que les approches plus matures.
L’équipe de Nokia affirme qu’ils peuvent maintenir des superpositions quantiques sans erreur pendant des jours, bien qu’ils ne puissent pas encore les contrôler. Les données révélées par Microsoft lors de la réunion Station Q montrent que leurs appareils restent sans erreur pour 5 microsecondesmais ils croient que cela peut être amélioré. (À titre de comparaison, une tradition supraconductrice Qubit dans l’ordinateur quantique d’IBM reste sans erreur pour jusqu’à 400 microsecondes).
«Il y aura toujours des gens qui ne sont pas nécessairement d’accord ou qui veulent plus de données», dit Egglestein de Nokia, «et je pense que c’est la force de la communauté scientifique pour toujours en demander plus.
« Je pense qu’à un moment donné, vous allez au régime où c’est un qubit raisonnablement bon, que ce soit précisément topologique ou non, cela devient le point du débat », explique le Maryland Sau. « Mais à ce stade, il est plus utile de demander à quel point il est bon ou mauvais d’un qubit. »
Malgré les difficultés, l’informatique quantique topologique continue d’être – du moins théoriquement – une approche très prometteuse.
«Je regarde ces autres types de qubit que nous voyons aujourd’hui. tube à vide De retour dans les années 40 », explique Egglestein. Pour moi, les qubits topologiques offrent vraiment le potentiel que le transistor a fait. Quelque chose de petit, quelque chose de robuste, quelque chose qui est évolutif. Et c’est ce que je pense que l’avenir de l’informatique quantique est. »
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