微软曾在量子计算领域的大胜竟是一个“错误”
1637字
2021-02-15 00:36
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火星译客

2018年3月,荷兰物理学家、微软员工里昂库文霍温发表了引人注目的新证据表明,他观测到了一种称为Majorana费米子的难以捉摸的粒子。

微软希望利用Majorana粒子制造一台量子计算机,通过利用奇特的物理原理来有望获得前所未有的能量。竞争对手IBM和Google此前已经使用更为成熟的技术构建了令人印象深刻的原型。库文霍温的发现为微软的追赶提供了机会。该公司计算业务发展总监朱莉洛夫(Julie Love)对BBC表示,微软将在“五年内”拥有一台商用量子计算机。

三年后,微软2018年的物理竞赛失败了。上个月底,库文霍温和和他的21位合著者发表了一篇新的论文,其中包含了更多的实验数据。结论是他们终究没能找到珍贵的粒子。著作人的附加说明说,这篇发表在著名杂志《自然》上的原始论文将以“技术错误”为由被收回

该领域的两位物理学家说,库文霍温的研究小组在对2018年的研究结果提出质疑后向他们的额外数据显示,研究小组最初派出了破坏其新闻报道主张的数据点。匹兹堡大学教授谢尔盖佛罗洛弗说:“我不确定他们脑子里想的是什么,但他们跳过了一些与论文内容直接矛盾的数据。从更完整的数据来看,毫无疑问没有Mojorana”

2018年的论文声称,与2012年的一项研究相比,Mojorana粒子的证据更为确凿,结果更为含糊不清,尽管如此,这项研究还是为库文霍温和他在代尔夫特技术大学的实验室赢得了声誉。该项目的部分资金来自微软,该公司于2016年聘请了库文霍温在Mojorana项目上工作。

这份2018年的论文报告称,在通过半导体超冷细线的电流中,看到了Majorana粒子(Majorana particles)的信号,被称为“零偏压峰”(zero bias peaks)。论文中的一张图表显示了许多点在理论预测的电导值处追踪一个平台。

佛罗洛弗说,他在未发表的数据中看到了多个问题,包括偏离路线但在发表的论文中被遗漏的数据带你。如果包括在内,这些数据点表明Majorana粒子不可能存在。在上个月发布的新论文的图表中可以看到佛罗洛弗的观察结果,但文本没有解释为什么他们以前被排除在外。它承认,试图通过实验验证具体的理论预测“有可能导致确认偏差,并有效地产生假阳性证据。”

物理学家谢尔盖佛罗洛弗(Sergey Froloy)在推特上质疑2018年论文中确实的数据。

微软提供了一份声明称,库文霍温无法置评,因为重新解释其研究小组研究结果的新论文在接受同行评审。他说:“我们相信,规模化量子计算将有助于解决人类面临的一些最大挑战,我们仍然致力于在量子计算领域的投资。”《自然》杂志去年4月在2018年的论文中增加了一个“关注的编辑表达”,一位发言人本周表示,《自然》杂志正在“与作者合作解决此事”。代尔夫特理工大学的一位发言人说,其研究诚信委员会于2020年5月开始的一项调查尚未完成。一位熟悉这一过程的人士说,最终报告可能会发现代尔夫特的研究人员犯了错误,但无意误导。

不管发生了什么,Mojorana事件对微软在量子计算领域的竞争野心来说都是一个挫折。领先的计算机公司表示,这项技术通过在科学和工程领域实现新的突破来定义未来。

量子计算机是由一种被称为量子比特的设备构建而成的,这种设备对1对0的数据进行编码,但也可以使用一种被称为叠加的量子态来执行传统计算机的比特所不可能实现的数学技巧将这一想法商业化的主要挑战是,量子态很微妙,很容易被热噪声或电磁噪声压制,使量子比特容易出错。

谷歌、IBM和英特尔都展示了大约50个量子比特的量子处理器原型,包括高盛和默克在内的公司都在测试这项技术。但有用的工作可能需要数千或数百万个量子位。量子计算机的大部分功能可能都必须用于纠正自身的故障。

微软采取了一种不同的方法,生成基于Majorana粒子的量子比特将具有更大的可伸缩性,从而使其得以飞跃。但经过十多年的研究,它并没有一个量子位。

Majorana费米子是以意大利物理学家Ettore Majorana的名字命名的,Ettore Majorana在1937年假设粒子应该以其自身反粒子的奇怪性质存在。不久之后,他登上了一艘船,再也没人见到他。直到下一个千年,物理学家们才在库文霍温的实验室里报告他对其中一个同名粒子一瞥。

2004年,微软的研究人员找到科技战略主管克雷格蒙蒂(Craig Mundie),他们有办法解决一个阻碍量子计算机量子点片状化的问题后,微软对Majoranas产生了兴趣。

研究人员抓住了理论物理论中提出的一种构建量子化的方法,这将使量子比特更加可靠。这些所谓的拓扑量子位使围绕着不寻常的粒子建立起来的,其中Majorana粒子就是一个粒子,它可以在非常低的温度下以电子束的形式出现在某些材料中。

微软创建了一个由物理学家和数学家组成的新团队,以充实拓扑量子计算的理论和实践,该团队以加利福尼亚圣巴巴拉的一个前哨战为中心,命名为Q站。它们与领先的实验物理学家合作并资助他们学着寻找构建这种新形势量子比特所需的粒子。

德尔夫特的库文霍温是得到微软支持的物理学家之一。他在2012年发表的一篇关于纳米线中Majorana粒子的“签名”的论文开始谈论未来的诺贝尔奖,因为它证明了这种难以捉摸的粒子的存在。2016年,微软加大了投资和炒作力度。

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库文霍温的哥本哈根大学的另一位著名物理学家查尔斯马库斯被聘为公司的Mojorana猎手。计划是首先探测粒子,然后发明更复杂的设备来控制它们,并充当量子位。托德霍尔姆达尔(toddholmdahl)曾领导微软利润丰厚的Xbox游戏机的硬件,他接任拓扑量子计算项目的负责人。2018年初,他告诉巴伦,他将在今年年底拥有一个拓扑量子比特。一个月后,这篇备受争议的论文发表了。

在微软寻求主流技术的同时,致力于成熟量子比特技术的竞争对手也报告了稳步的进展。2019年,谷歌宣布它已经达到了“量子至上”的里程碑,显示一个拥有53个量子比特的芯片可以在几分钟内完成一个统计计算,这将花费超级计算机上千年的时间。不久之后,微软似乎在对冲其量子赌注,宣布将通过其云服务Azure向其他公司提供量子硬件访问。《华尔街日报》报道说,霍尔姆达尔在错过了内部最后期限后,于当年离开了该项目。

自从霍尔姆达尔离开后,微软对其在量子硬件方面的预期进展速度一直保持沉默。量子计算领域的竞争对手继续吹嘘硬件的进步,并敦促软件开发人员通过互联网访问原型,但似乎没有一家公司接近于创造出一台为黄金时间做好准备的量子计算机。

匹兹堡大学的研究人员佛罗洛弗说,围绕库文霍温2018年论文提出的问题,使得致力于探测Mojoranas“受伤”的小物理领域,在经历了一段高期望期后,面临着潜在的不愉快的衰落。他说:“我们有很好的科学来处理合理的期望,而不是神奇的期望。”。浮络罗夫说,该组织应该公布其实验的全部数据,供外界审查。

佛罗洛弗和澳大利亚新南威尔士大学的文森特一起研究了额外的数据,他说他和佛罗洛弗一样担心。在被微软聘用之前,两人都曾在代尔夫特(Delft)与库文霍温(Kouwenhoven)共事,包括2012年发表的关于Mojorana粒子的论文。

曾与微软研究人员合作的马里兰大学理论物理学家桑卡尔达斯萨尔玛(Sankar Das Sarma)认为,这项技术最终会奏效,但可能需要一段时间。他是有争议的2018年报纸和上个月发布的新版报纸的合著者。

达斯萨尔玛说,过去几年发展起来的新理论表明,2018年使用的方法无论如何都无法最终确定Mojorana粒子的存在。他说,更纯净的材料、更复杂的实验以及更多的科学进步都是需要的。

微软的量子位离这还有多远不清楚。达斯萨尔玛说,基于Majorana的量子计算可能处于与1926年相当的阶段,当时晶体管的第一项专利已经提交。直到1947年,研究人员才发明出第一个工作晶体管;使计算机工业得以发展的可微型化硅版本直到20世纪50年代末才被开发出来。“我看不出为什么Mojorana粒子不能存在,或者一旦存在就不能控制它,”他说。“但可能还有30年。”

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