Microsoft Azure Quantum kan schaalbare topologische qubits bouwen
Het Azure Quantum programma van Microsoft heeft toepassingen ontwikkeld die kwantumeigenschappen kunnen creëren die wetenschappers zich bijna een eeuw lang hebben voorgesteld, maar die tot nu toe niet ondubbelzinnig in de echte wereld konden worden geproduceerd. Het betreft volgens Microsoft een wetenschappelijke doorbraak die de ongrijpbare bouwstenen demonstreert voor een topologische kwantumbit, of qubit, die Microsoft lang heeft nagestreefd als de meest veelbelovende weg naar de ontwikkeling van een schaalbare kwantumcomputer die een nieuwe generatie tot nu toe onvoorstelbare computermogelijkheden zal lanceren voor Azure-klanten.
“Wat verbazingwekkend is, is dat mensen een systeem hebben kunnen ontwerpen om een van de meest exotische stukken natuurkunde in het universum te demonstreren. En we verwachten hiervan te profiteren om het bijna ondenkbare te doen - om te streven naar een fouttolerante kwantummachine die berekeningen mogelijk zal maken op een geheel nieuw niveau dat dichter bij de manier waarop de natuur werkt", zegt Krysta Svore, een vooraanstaande Microsoft-ingenieur die leiding geeft aan het kwantumsoftwareprogramma van het bedrijf.
“Het is nog nooit eerder gedaan, en tot nu toe was het nooit zeker dat het zou kunnen. En nu is het alsof ja, hier is deze ultieme bevestiging dat we op de goede weg zijn,” zei ze.
Voortbouwend op twee decennia van wetenschappelijk onderzoek en recente investeringen in simulatie en fabricage, heeft het Azure Quantum-team apparaten ontwikkeld waarmee ze een topologische fase van materie kunnen induceren die wordt geboekt door een paar Majorana-nulmodi. Deze kwantumexcitaties komen normaal gesproken niet voor in de natuur en moeten worden overgehaald om onder ongelooflijk nauwkeurige omstandigheden te verschijnen.
Wetenschappers hebben geprobeerd deze excitaties te creëren en te observeren sinds ze voor het eerst werden getheoretiseerd in 1937. Meer recentelijk realiseerden ze zich dat Majorana-nulmodi een belangrijke rol kunnen spelen bij het beschermen van kwantuminformatie en het mogelijk maken van betrouwbare berekeningen.
Het Azure Quantum-team heeft ook een zogenaamde topologische fase kunnen produceren en de topologische kloof kunnen meten, die de stabiliteit van de fase kwantificeert.
De mogelijkheid om een kwantumfase te creëren en in stand te houden met Majorana-nulmodi en een meetbare topologische kloof verwijdert het grootste obstakel voor het produceren van een uniek type qubit, dat de kwantummachine van Microsoft zal gebruiken om informatie op te slaan en te berekenen, een zogenaamde topologische qubit. Het is de basis voor Microsoft's benadering van het bouwen van een kwantumcomputer die naar verwachting stabieler is dan machines die zijn gebouwd met andere soorten bekende qubits, en daarom schaalbaar is als geen ander.
Over de hele wereld racen wetenschappers om een beter begrip te krijgen van de gecompliceerde chemische of moleculaire processen die kunnen helpen bij het verwijderen van klimaatopwarmende gassen uit de atmosfeer, het creëren van betere batterijen of duurzame energiebronnen, het produceren van meer voedsel op een hectare land of het helpen verwijderen van verontreinigende stoffen om schoon water maken.
Maar zelfs met de enorme computercapaciteiten van vandaag overschrijden sommige van deze problemen de limieten van klassieke computers, die jaren of decennia of de levensduur van het universum zouden vergen om op te lossen. Daarentegen proberen kwantumcomputers kwantummechanica te gebruiken - dezelfde wetten en wiskundige vergelijkingen die beschrijven hoe subatomaire deeltjes zich gedragen - om informatie op geheel nieuwe manieren en op een schaal te verwerken die voorheen onbereikbaar was.
"Om erachter te komen hoe de wereld te voeden of te genezen van klimaatverandering, zijn ontdekkingen of optimalisatie van moleculen nodig die eenvoudigweg niet kunnen worden gedaan door de klassieke computers van vandaag, en dat is waar de kwantummachine in werking treedt", zei Microsoft's Quantum Corporate Vice President Zulfi Alam, die zei dat hij in zijn werk veel nadenkt over hoe hij de wereld op een betere plek kan achterlaten voor zijn vierjarige.
"Ik weet niet of we dat in de afgelopen twee of drie generaties hebben gedaan", zei hij. "Dus hopelijk kunnen we nu teruggeven en iets doen om de planeet te helpen genezen, en ik geloof dat we de rekenkracht van kwantumcomputers nodig hebben om dat te bereiken."
