Microsoft hevder ny brikke løser skaleringsproblemet til kvantedatamaskinene

Microsoft har kommet med to større nyheter knyttet til kvantedatabehandling den siste uka. Den ene dreier seg om en helt spesiell mikrobrikke, den andre om en ny nettskytjeneste.

Vakre, men upraktiske

La oss starte med brikken. Denne har fått navnet Gooseberry («stikkelsbær») og er utviklet i samarbeid med forskere ved University of Sydney. Brikken skal kunne kontrollere signalene til tusenvis av qubits, altså den grunnleggende enheten for kvanteinformasjon. De største kvantedatamaskinene i dag består ikke av stort mer enn 65 qubits, og enn så lenge foregår oppskaleringen av dette antallet ganske langsomt.

Dette er noe av det den nye brikken skal gjøre noe med.

– Det lille antallet skyldes delvis begrensningene i den fysiske arkitekturen som kontrollerer qubitene. Den nye brikken vår setter en sluttstrek for dette, sier David Reilly, professor ved University of Sydney og også ansatt i Microsoft, i en pressemelding fra universitetet.

Noe av det som preger mange av dagens kvantedatamaskiner, er alle ledningene som brukes til å kontrollere signalene til qubitene, inkludert å gi dem instruksjoner til å gjøre noe. Disse ledningene gjør noen ganger at datamaskinene nesten ser ut som gylne fuglereir eller lysekroner.

– De er vakre, men fundamentalt upraktiske, for det betyr at vi ikke kan skalere opp datamaskinene slik at de utføre nyttige beregninger. Dette er virkelig en input/output-flaskehals, forteller Reilly.

Skal fjerne «fuglereiret» med ledninger

Det er på dette området Gooseberry-brikken skal gjøre en forskjell.

– Enheten vår kvitter seg med (nesten, journ. anm.) alle disse kablene, med bare to inputkabler med to informasjon, kan du generere kontrollsignaler for tusenvis av qubits, hevder Kushal Das, en senior maskinvareingeniør hos Microsoft, som har vært med på å finne opp den nye brikken.

Han hevder at brikken «endrer alt» innen kvantedatabehandling.

University of Sydney mener at samarbeidet med en stor, kommersiell aktør som Microsoft, har vært avgjørende for å gjøre en teoretisk arkitektur om til noe som faktisk har blitt bygget.

– Vi har demonstrert dette ved å designe en silisiumbrikke og koblet den til et kvantesystem. Jeg kan med sikkerhet si at dette er den mest avanserte, integrerte kretsen som noen gang har blitt bygget for å brukes ved lave, kryogeniske temperaturer, sier Reilly.

På samme stadium som ENIAC

Forskerne mener at dagens utvikling av kvantedatamaskiner kan sammenlignes med det stadiet som klassiske datamaskiner var på på 1940-tallet, omtrent som det datamaskinen ENIAC var. Den kunne gjøre visse beregninger flere tusen ganger raskere enn mennesker, men dekket etter hvert 167 kvadratmeter med gulvplass og krevde store mengder med strøm for å kunne gjøre noe nyttig.

Reilly mener at utfordringene som bransjen nå møter for å bringe kvantedatamaskinene ut av ENIAC-stadiet, er enda større enn de var den gang.

Må bruke ekstremt lite strøm

Noe av dette er knyttet til at kvantedatamaskiner må operere ved svært lave temperaturer, 0,1 kelvin (-273,05 °C). En ting er å kjøle ned systemet til en slik temperatur mens det er skrudd av. Noe annet er å beholde den lave temperaturen mens det går strøm i systemet.

– Det å operere ved så lave temperaturer betyr at vi har et utrolig lavt effektbudsjett. Dersom vi forsøker å sende mer effekt inn i systemet, overoppheter vi hele maskinen, sier Sebastian Pauka, en forsker ved University of Sydney som har stått for mye av arbeidet med å knytte den nye brikken til kvanteenhetene, i pressemeldingen.

Ifølge Reilly er kontrollsystemene i dagens kvantedatamaskiner plassert flere meter unna qubitene, og opererer nærmest i romtemperatur. Slik er det ikke med Gooseberry, som er plassert rett ved qubitene.

Microsoft omtaler den nye brikken i større detalj i et blogginnlegg. En artikkel om forskningen er publisert i Nature Electronics. En kopi er tilgjengelig her.

Kvantedatabehandling i nettskyen

Den andre, ferske nyheten om Microsoft og kvantedatabehandling, er langt mer tilgjengelig nå. Mandag denne uken kunngjorde selskapet at Azure Quantum, som skal gjøre det mulig for selskapets nettskykunder å få tilgang til ulike kvanteløsninger – inkludert både program- og maskinvare – nå er allment tilgjengelig. Økosystemet inkluderer også opplæringsmateriale og mulighet for samarbeid med eksperter på området.

På maskinvaresiden samarbeider Microsoft med Honeywell Quantum Solutions og IonQ, og gjennom tjenesten gis kundene tilgang til kvantesystemer fra disse selskapene.

Sentralt i løsningen er programmeringsspråket Q# og Microsofts Quantum Development Kit (QDK). Disse skal tilby et forent utviklergrensesnitt også til heterogene sett med maskin- og programvare.