크리스타 스보어, Microsoft Quantum 부사장, Tushna Commissariat와 양자 우위를 향한 회사의 여정에 대해 이야기
전 세계적으로 중소기업과 대기업 모두 양자 물리학을 기반으로 하는 컴퓨팅 기술을 개발하고 출시하기 위해 경쟁하고 있습니다. 기본 원칙은 수십 년 동안 유지되었지만 연구자, 산업계 및 정부는 모두 미국 기술 회사인 Microsoft를 중심으로 실용적인 양자 컴퓨터를 구축하고 확장하기 위해 노력하고 있습니다.
올해 초 저명한 엔지니어이자 Microsoft의 Quantum 팀, Krysta Svore, 기조연설 이코노미 스트 잡지의 상업화 양자 런던의 이벤트. 그녀는 나중에 물리 세계 확장 가능한 양자 시스템을 향한 회사의 경로(토폴로지 큐비트에서 마이크로 소프트의 Azure 양자 클라우드 컴퓨팅 플랫폼 및 하이브리드 파트너십을 양자 시장 전체에 적용합니다.
현재 양자 세계에서 Microsoft는 무엇을 하고 있습니까?
우리가 고려하고 있는 질문 중 하나는 양자 이점으로의 여정을 가속화하는 방법입니다. 내가 의미하는 양자 이점은 무엇보다도 의미 있고 우리 사회를 발전시키는 데 도움이 될 문제를 해결할 수 있기를 원한다는 것입니다. 저는 딸이 있고 그녀의 미래를 바꾸고 싶습니다. 지속 가능성, 기후 변화, 에너지 및 지구상의 자원을 더 잘 사용하는 방법을 찾는 것과 관련된 이러한 엄청난 도전을 그녀에게 맡기고 싶지 않습니다.
양자 컴퓨팅을 사용하면 이러한 문제 중 일부를 해결할 수 있다는 희망이 있지만 양자 컴퓨터를 독립형 기계로 사용할 수는 없습니다. 예를 들어 질소 고정을 개선하거나 이산화탄소를 포집하여 메탄올로 변환하는 방법을 알아내려면 양자 컴퓨팅을 기존 슈퍼컴퓨터에 통합하는 하이브리드 솔루션이 정말로 필요합니다. 이것이 바로 우리가 구축하고 있는 것입니다. 클라우드 컴퓨팅 Azure 시스템을 갖춘 Microsoft. 우리는 이러한 유형의 문제에 대한 해결책을 제시할 하이브리드, 이기종, AI 기반, 양자 기반 슈퍼컴퓨터를 생산하는 것을 목표로 합니다.
우리는 또한 소프트웨어 플랫폼에 대해서도 생각하고 있습니다. 우리는 수년 동안 양자 알고리즘을 연구해왔기 때문에 양자 알고리즘을 최적화하고 컴파일하는 방법에 대해 배운 것을 취했고 그 지식을 우리 플랫폼에 가져왔습니다. 지금 바로 Azure를 사용하여 다양한 파트너가 제공하는 다양한 실제 하드웨어 집합에서 작은 문제를 시험해 볼 수 있습니다. 그러나 응용 프로그램을 작성하고, 코드를 개발하고, 필요한 양자 컴퓨터의 크기를 결정하고, 기존 컴퓨터와 함께 작동하는 방법을 알아낼 수도 있습니다. 해당 통합을 수행하고 지금 코드 디버깅을 시작할 수 있습니다. 머신이 확장되고 클라우드와 완전히 통합될 때 해당 코드가 유효한 상태로 유지되기 때문입니다.
양자 컴퓨터로 의미 있는 일을 할 수 있는 규모에 도달하는 방법에 대한 당신의 비전은 무엇입니까?
Microsoft는 처음부터 규모에 대해 생각해 왔습니다. 우리는 양자 알고리즘을 연구했습니다. 우리는 물리학을 공부했습니다. 우리는 소프트웨어에서 하드웨어에 이르기까지 전체 시스템 아키텍처에 대해 작업했습니다. 규모에 대해 우리가 배운 것은 큐비트와 양자 기계에 대해 다른 것을 요구해야 한다는 것입니다.
수십 년간의 연구를 통해 성공적인 기계에는 세 가지 주요 특성이 필요하다는 사실을 확인했습니다. 첫째, 크기가 적당해야 합니다. 큐비트는 웨이퍼에 XNUMX만 개를 넣을 수 있을 만큼 충분히 작아야 기계가 마천루 크기가 되지 않습니다. 다음으로 적절한 속도여야 합니다. 기계는 수십억 건의 작업을 실행할 때 모든 작업을 몇 주 안에 완료할 수 있을 만큼 충분히 빨라야 합니다. 양자 요소. 마지막으로 우리는 규모를 확장함에 따라 충분히 신뢰할 수 있는 큐비트가 필요합니다. 자연스럽고 고유한 큐비트 속성을 활용하여 오류를 수정하기 때문에 많은 리소스를 소비하지 않습니다. 이를 통해 수십억 건의 작업을 실행할 수 있습니다.
Microsoft에서는 이러한 모든 측면에서 적절하다고 생각되는 큐비트를 식별하고 설계했습니다. 토폴로지 큐빗. 그리고 지난 몇 달 동안 우리는 이 큐빗을 만들기 위해 이룬 정말 흥미로운 진전을 공유했습니다. 본질적으로 우리는 약 XNUMX년 동안 가정되어 온 이 매우 애매한 물리학을 보여주는 장치를 설계했습니다. Majorana 제로 모드는 나노 스케일 와이어의 끝에서 나타납니다.. 이것은 토폴로지 큐비트를 시연하는 데 필요한 물리학 유형의 서명이므로 "좋아요, 백만 큐비트에 도달할 것입니다."라고 말할 필요가 있는 기반 구축과 과학 모두에서 매우 중요한 이정표입니다.
이 토폴로지 큐비트에 대해 자세히 알려주세요. 견고함에 관해서는 어떻습니까? 극저온 상태여야 합니까?
예, 극저온에서 작동하므로 그런 점에서 초전도 큐비트와 같은 업계의 다른 큐비트와 매우 유사합니다. 희석 냉장고에 있고 100mK가 대략 온도 범위입니다. 견고성 측면에서 이것은 우리가 다음 시연을 위해 작업할 것입니다. 지금까지 우리가 보여준 것은 기본 물리학과 Majorana 제로 모드의 속성이지만 이제 그로부터 큐비트를 만들어야 합니다.. 즉, 작업을 수행할 수 있는 것을 의미합니다. 제어하고 읽을 수 있는 것. 일단 그렇게 하면 측정할 수 있고 이렇게 말할 수 있을 것입니다. 이것이 얼마나 일관성이 있는지 보여줍니다.”
그러나 토폴로지 큐비트의 놀라운 점과 우리가 그것에 그렇게 투자하는 이유는 확장에 도움이 될 것이라고 믿는 자연적인 오류 보호 기능이 있다는 것입니다. 이 속성은 큐비트가 인코딩하는 정보가 어떤 의미에서 두 나노와이어의 각 끝에 하나씩 XNUMX개의 Majorana 제로 모드에 걸쳐 분할된다는 사실에서 비롯됩니다. 자연이 마요라나 제로 모드 중 하나만 방해하려고 해도 실제로 양자 상태를 손상시키지는 않습니다. 반대로 초전도 큐비트를 사용하면 양자 상태가 단일 지점에 유지되므로 해당 지점에서 노이즈가 발생하면 상태가 디코히어됩니다. 이와는 달리 위상 큐비트에 내장된 어느 정도의 오류 수정 또는 내결함성이 있습니다.
예를 들어 Microsoft의 토폴로지 큐비트에서 문제를 실행한 다음 다른 유형의 큐비트를 사용하여 실험을 반복하고 동일한 결과를 얻을 수 있는 시점은 언제입니까?
나는 당신이 이것으로 향하고 있는 것을 좋아하고, 우리가 오늘 그것을 할 수 있다는 것을 당신에게 말하게 되어 기쁩니다. 사실, 이것이 Azure Quantum의 장점 중 하나입니다. Azure Quantum은 우리가 보유한 클라우드 서비스를 통해 사람들에게 여러 양자 컴퓨터에서 동일한 코드를 실행할 수 있는 기회를 제공합니다. Azure 알고리즘의 작은 인스턴스일 수도 있고 "hello world"와 동등한 양자일 수도 있는 단일 코드 조각을 작성하여 다음과 같은 회사에서 개발한 하드웨어에서 실행할 수 있습니다. 양자 와 이온 Q. 둘 다 이온 트랩 플랫폼이지만 우리는 또한 양자 회로 Inc.(QCI), 초전도 큐비트 플랫폼을 사용하고 있으며, 실리콘 반도체 기반의 초전도 큐비트 플랫폼을 보유하고 있습니다. 리게티 컴퓨팅 중성 원자 양자 프로세서 플랫폼 파스칼, 둘 다 곧 온라인으로 제공될 예정입니다.
이것이 Azure를 통해 사용할 수 있는 XNUMX가지 양자 하드웨어 플랫폼이며 정말 멋진 점은 코드에 대한 유연성입니다. 양자 알고리즘을 다음과 같이 작성할 수 있습니다. 알고리즘 개발을 위한 고급 언어인 Q#. 그것은 내 선택이지만 자신의 코드로 들어올 수도 있습니다. 예를 들어, 이전에 IBM의 장치 중 하나에서 문제를 실행했고 해당 장치가 있는 경우 키스킷 코드가 이미 작성되어 있으면 우리 시스템에서도 해당 코드를 간단히 실행할 수 있습니다. 다섯 가지 하드웨어 플랫폼 중 하나를 선택할 수 있으며 선택한 "백엔드"로 코드를 컴파일합니다.
즉, 모든 백엔드 장치에서 동일한 애플리케이션을 실행하고 작동 방식을 확인할 수 있습니다. 물론 이러한 장치는 아키텍처, 연결성이 다르고 작동 속도와 충실도도 다릅니다. Azure를 통해 이러한 차이점과 유사점에 대해 모두 알아볼 수 있습니다.
추가 하드웨어 플랫폼을 도입할 계획이 있습니까?
예, 우리는 커뮤니티를 참여시켜 생태계를 성장시킴으로써 양자 컴퓨팅의 민주화를 정말로 믿습니다. 대부분의 코드 및 플랫폼 도구는 오픈 소스이며 여러 하드웨어 제공업체뿐만 아니라 파트너로부터 제공되는 다양한 시뮬레이터를 보유하고 있습니다. 코드를 실행하기 전에 주어진 하드웨어 플랫폼에서 코드가 어떻게 실행되는지 알아내는 데 도움이 되는 프로그램입니다. 우리는 또한 시스템이 확장되면 알고리즘을 실행하는 데 얼마의 비용이 드는지 또는 필요한 시스템의 크기를 알고 싶을 때 사용할 수 있는 자원 추정기라고 하는 것을 가지고 있습니다.
더 흥미로운 발전은 우리가 부르는 것입니다. QIR(양자 중간 표현), 고급 언어(좋아하는 언어 선택)를 선택하여 QIR에 매핑하고 원하는 수의 백엔드 공급자에게 보낼 수 있습니다. 우리는 이것을 글로벌 소프트웨어 스택에서 중요한 계층으로 보고 있습니다. 다른 하드웨어로의 변환이나 매핑을 용이하게 해주는 것이기 때문입니다.
QIR은 고급 언어와 기계 간의 통신을 가능하게 하는 범용 중간 계층 언어로 생각할 수 있습니다. 많은 조직에서 이미 채택했습니다. 을 통해 동맹의 일부로 개발되었습니다. 리눅스 재단의 공동 개발 재단. 실제로 QCI, Quantinuum, Rigetti, 엔비디아 와 오크 리지 국립 연구소 모두 QIR을 통해 컴파일러를 구축할 것이라고 발표했습니다.
그리고 그것은 모두 소위 말하는 것의 일부입니다. Llvm, 매우 인기 있는 클래식 컴파일러 프레임워크이므로 클래식 컴퓨팅 업계의 컴파일 및 최적화 도구를 활용할 수 있습니다. 그것은 번역을 작성하는 비용을 정말로 줄여줍니다. 그렇지 않으면 모든 백엔드에 모든 언어에 대한 새 코드를 작성해야 하므로 비용이 많이 듭니다.
현재 양자 시장은 흥미로운 단계에 있습니다. 매주 새로운 양자 기업이 출범하는 것 같지만 이 엄청난 붐 단계는 기술이 실제로 자리를 잡기 전에 일어나고 있습니다. 파산할까봐 걱정이신가요?
저는 이 기술을 발전시키고 우리의 발전을 가속화하기 위해 테이블에 많은 마음이 필요하다고 믿습니다. 전통적으로 이러한 유형의 기술을 사용하면 수십 년 안에 발전이 이루어집니다. 트랜지스터가 발명된 후 휴대폰과 아이폰이 등장하기까지 걸린 시간을 생각해 보십시오. 우리는 양자 컴퓨팅에서 그것을 원하지 않습니다. 속도를 높이고 싶습니다.
저는 이 기술을 발전시키고 우리의 발전을 가속화하기 위해 테이블에 많은 생각이 필요하다고 믿습니다.
좋은 소식은 우리가 엄청난 이점을 가지고 있다는 것입니다. 우리는 이미 소프트웨어와 고전적인 컴퓨터를 가지고 있습니다. 우리의 전임자들은 그들이 진공관에서 트랜지스터, 집적 회로로 이동할 때 무엇을 하고 있었는지 모델링할 능력이 없었습니다. 그들은 그들을 도울 고전적인 컴퓨터가 없었지만 우리는 그것을 우리 손끝에 가지고 있습니다. 더 많은 회사, 더 많은 신생 기업, 더 많은 대학 학위 프로그램 등 생태계가 성장하는 것을 볼 때 저는 그것이 정확히 우리에게 필요한 것이라고 생각합니다.
따라서 파산 또는 "양자 겨울"이 있을 것인지에 초점을 맞추는 대신 저는 이러한 사고 리더를 참여시키고 혁신가를 테이블로 데려오고 양자를 민주화하여 신속하게 솔루션을 얻을 수 있도록 하는 데 중점을 둡니다. 우리가 진전을 보인다면 퀀텀 윈터는 없을 것이며 장치와 기계에서 소프트웨어와 앱에 이르기까지 모든 영역에서 그러한 진전을 이룰 수 있다고 믿습니다.
"Q-day", 즉 최초의 실제 컴퓨터가 온라인에 연결되는 날을 염두에 두고 있습니까?
양자 컴퓨터는 이미 온라인 상태입니다. Azure에 있으며 액세스할 수 있습니다. 그러나 우리가 확장하고 양자 우위에 도달하는 속도는 참여하고 뛰어드는 모든 사람에 달려 있습니다. Microsoft에서 우리는 기계를 확장하고 플랫폼을 확장하기 위해 최대한 빨리 달리고 있지만 사람에게도 의존하고 있습니다. 더 적은 큐비트를 필요로 하는 알고리즘 개발 – QIR을 사용하여 더 나은 컴파일 스택을 생성할 수 있습니다. 진보는 기계를 개선하고 알고리즘 비용을 낮추면서 양 끝에서 차이를 만드는 것입니다. 그것이 시간표를 바꾸고 실질적인 양자 이점을 보게 될 날을 앞당길 것입니다.
