คริสต้า สวอร์รองประธาน Microsoft Quantum พูดคุยกับ Tushna Commissariat เกี่ยวกับการเดินทางของบริษัทสู่ความได้เปรียบด้านควอนตัม
บริษัทขนาดเล็กและขนาดใหญ่ทั่วโลกต่างแข่งขันกันเพื่อพัฒนาและเปิดตัวเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์บนพื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัม แม้ว่าหลักการพื้นฐานจะมีใช้มานานหลายทศวรรษแล้ว แต่นักวิจัย อุตสาหกรรม และรัฐบาลต่างก็ทำงานเพื่อสร้างและขยายขนาดคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้งานได้จริง โดยมีบริษัทเทคโนโลยีของสหรัฐอเมริกาอย่าง Microsoft เป็นผู้เล่นหลัก
เมื่อต้นปีที่ผ่านมา วิศวกรผู้มีชื่อเสียงและหัวหน้าแผนก... ทีมควอนตัมของ Microsoft, Krysta Svore, กล่าวปาฐกถาพิเศษที่ นักเศรษฐศาสตร์ ควอนตัมเชิงพาณิชย์ของนิตยสาร เหตุการณ์ในลอนดอน ต่อมาเธอก็ทันด้วย โลกฟิสิกส์ เพื่อหารือเกี่ยวกับเส้นทางของบริษัทสู่ระบบควอนตัมที่ปรับขนาดได้ ตั้งแต่คิวบิตทอพอโลยีไปจนถึง Azure ของไมโครซอฟต์ แพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ควอนตัมและความร่วมมือแบบไฮบริดสู่ตลาดควอนตัมโดยรวม
Microsoft กำลังทำอะไรในโลกควอนตัมตอนนี้?
คำถามหนึ่งที่เรากำลังพิจารณาคือวิธีเร่งการเดินทางไปสู่ความได้เปรียบด้านควอนตัม สิ่งที่ฉันหมายถึงโดยความได้เปรียบทางควอนตัม ประการแรกคือ เราต้องการที่จะสามารถแก้ไขปัญหาที่มีความหมาย และจะช่วยขับเคลื่อนสังคมของเราไปข้างหน้า ฉันมีลูกสาวคนหนึ่ง และฉันต้องการเปลี่ยนอนาคตของเธอ ฉันไม่อยากทิ้งความท้าทายที่สำคัญเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับความยั่งยืน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ พลังงาน และการค้นหาวิธีที่ดีกว่าในการใช้ทรัพยากรบนโลกของเรา
ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม หวังว่าเราจะสามารถเริ่มแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้ แต่เราจะไม่สามารถทำได้ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่เป็นเครื่องสแตนด์อโลน หากต้องการหาวิธีปรับปรุงการตรึงไนโตรเจน หรือจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แล้วแปลงเป็นเมทานอล คุณต้องมีโซลูชันแบบไฮบริดจริงๆ ซึ่งเป็นโซลูชันที่รวมการประมวลผลควอนตัมเข้ากับซูเปอร์คอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก นั่นคือสิ่งที่เรากำลังสร้าง Microsoft พร้อมระบบ Azure ประมวลผลบนคลาวด์ของเรา. เรากำลังตั้งเป้าที่จะผลิตซูเปอร์คอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ขับเคลื่อนด้วย AI แบบไฮบริด ต่างกัน ที่จะนำเสนอวิธีแก้ไขปัญหาประเภทนี้
เรายังคิดถึงแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ของเราด้วย เราศึกษาอัลกอริธึมควอนตัมมาหลายปีแล้ว ดังนั้นเราจึงนำสิ่งที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพและคอมไพล์ และนำความรู้นั้นมาสู่แพลตฟอร์มของเรา ขณะนี้ ด้วย Azure คุณสามารถลองใช้ปัญหาเล็กๆ น้อยๆ กับชุดฮาร์ดแวร์จริงที่หลากหลายซึ่งจัดหาโดยพันธมิตรต่างๆ ของเรา แต่คุณยังสามารถเขียนแอปพลิเคชัน พัฒนาโค้ด ตัดสินใจว่าคุณต้องการคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดใหญ่แค่ไหน และพิจารณาว่าจะทำงานร่วมกับคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอย่างไร คุณสามารถดำเนินการบูรณาการดังกล่าวและเริ่มแก้ไขโค้ดได้ทันที เนื่องจากโค้ดดังกล่าวจะยังคงใช้ได้เมื่อเครื่องขยายขนาดและรวมเข้ากับระบบคลาวด์โดยสมบูรณ์
คุณมีวิสัยทัศน์อย่างไรในการก้าวไปสู่ระดับที่เราสามารถทำสิ่งที่มีความหมายด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมได้
Microsoft คิดเกี่ยวกับขนาดตั้งแต่เริ่มต้น เราได้ศึกษาอัลกอริธึมควอนตัม เราเรียนฟิสิกส์มาแล้ว เราได้ทำงานเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมระบบทั้งหมดตั้งแต่ซอฟต์แวร์ไปจนถึงฮาร์ดแวร์ และสิ่งที่เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับขนาดก็คือ เราต้องถามสิ่งที่แตกต่างออกไป เกี่ยวกับคิวบิตและเครื่องจักรควอนตัมของเรา
การวิจัยมานานหลายทศวรรษ เราได้ระบุว่าเครื่องจักรที่ประสบความสำเร็จจำเป็นต้องมีคุณลักษณะหลักสามประการ ขั้นแรกจะต้องมีขนาดที่เหมาะสม ควิบิตจะต้องมีขนาดเล็กพอที่จะใส่เวเฟอร์ได้หลายล้านตัว เพื่อที่เครื่องจะได้ไม่มีขนาดเท่ากับตึกระฟ้า ต่อไปจะต้องมีความเร็วที่เหมาะสม เครื่องจักรจะต้องเร็วเพียงพอที่เมื่อคุณรันการดำเนินงานนับพันล้าน รายการทั้งหมดจะเสร็จสิ้นภายในเวลาไม่กี่สัปดาห์ โดยที่เราไม่ต้องรอนานกว่าหนึ่งเดือนสำหรับโซลูชันแบบครบวงจรที่ผสมผสานคลาสสิกและ องค์ประกอบควอนตัม สุดท้ายนี้ เราต้องการควิบิตที่เชื่อถือได้เพียงพอในขณะที่เราขยายขนาด ที่ไม่กินทรัพยากรมากนักเนื่องจากเราใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติคิวบิตที่เป็นธรรมชาติและเป็นธรรมชาติเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาด นั่นคือสิ่งที่จะทำให้เราสามารถดำเนินการได้หลายพันล้านรายการ
ที่ Microsoft เราได้ระบุและออกแบบ qubit ที่เรารู้สึกว่าเหมาะสมกับสิ่งเหล่านั้นทั้งหมด: ควิบิตทอพอโลยี. และภายในไม่กี่เดือนที่ผ่านมา เราได้แบ่งปันความคืบหน้าอันน่าตื่นเต้นที่เราได้ทำเพื่อสร้างควิบิตนี้ โดยพื้นฐานแล้ว เราได้ออกแบบอุปกรณ์ที่สาธิตฟิสิกส์ที่เข้าใจยากนี้ ซึ่งถูกตั้งสมมติฐานมาเป็นเวลากว่าศตวรรษ โดยที่สิ่งที่เรียกว่า โหมดศูนย์ของ Majorana จะเกิดขึ้นที่ส่วนท้ายของสายไฟระดับนาโน. นี่เป็นลักษณะเฉพาะของฟิสิกส์ประเภทหนึ่งที่เราจำเป็นต้องสาธิตโทโพโลยีควิบิต ดังนั้นจึงเป็นเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญมากทั้งในด้านวิทยาศาสตร์และสำหรับการสร้างรากฐานที่เราต้องพูดว่า "เอาล่ะ เราจะไปถึงล้านคิวบิต"
บอกฉันเพิ่มเติมเกี่ยวกับ qubit ทอพอโลยีนี้ เมื่อพูดถึงความแข็งแกร่งจะเป็นอย่างไร? จำเป็นต้องอยู่ในอุณหภูมิที่เย็นจัดหรือไม่?
ใช่ มันทำงานที่อุณหภูมิอุณหภูมิเย็นจัด ดังนั้นในแง่นั้น มันจึงเหมือนกับคิวบิตอื่นๆ ในอุตสาหกรรม เช่น คิวบิตตัวนำยิ่งยวด มันอยู่ในตู้เย็นเจือจาง และ 100 mK เป็นช่วงอุณหภูมิโดยประมาณ ในแง่ของความทนทาน นี่คือสิ่งที่เราจะดำเนินการเพื่อการสาธิตครั้งต่อไป สิ่งที่เราได้แสดงไปแล้วคือฟิสิกส์พื้นฐานที่ซ่อนอยู่และคุณสมบัติของโหมด Majorana Zero แต่ตอนนี้เราจำเป็นต้องสร้างควิบิตจากสิ่งนั้น. โดยที่ฉันหมายถึงบางสิ่งที่คุณสามารถดำเนินการได้ สิ่งที่คุณสามารถควบคุมและอ่านออกเสียงได้ เมื่อเราทำสิ่งนั้นแล้ว เราก็จะสามารถวัดมันได้และพูดว่า "เอาล่ะ นี่คืออายุการใช้งานของมัน นี่คือความสอดคล้องกันมาก”
แต่สิ่งที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับควิบิตทอพอโลยี และเหตุผลที่เราลงทุนไปกับมันก็คือว่ามันมีการป้องกันข้อผิดพลาดตามธรรมชาติ ซึ่งเราเชื่อว่าจะช่วยขยายขนาดได้ คุณสมบัตินี้เกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าข้อมูลที่เข้ารหัส qubit นั้นแบ่งออกเป็นโหมด Majorana Zero สี่โหมด โดยหนึ่งโหมดอยู่ที่ปลายแต่ละด้านของเส้นลวดนาโนสองเส้น หากธรรมชาติพยายามรบกวนโหมดศูนย์ของ Majorana เพียงโหมดเดียว มันจะไม่ส่งผลกระทบต่อสถานะควอนตัมจริงๆ ในทางตรงกันข้าม เมื่อใช้คิวบิตตัวนำยิ่งยวด สถานะควอนตัมจะอยู่ที่จุดเดียว ดังนั้นหากคุณได้รับสัญญาณรบกวน ณ จุดนั้น สถานะจะแยกส่วน แตกต่างจากนั้น เรามีระดับของการแก้ไขข้อผิดพลาดหรือความทนทานต่อข้อผิดพลาดที่มีอยู่ใน qubit ทอพอโลยีของเรา
ณ จุดใดที่คุณจะสามารถเรียกใช้ปัญหา เช่น คิวบิตทอพอโลยีของ Microsoft จากนั้นทำการทดสอบซ้ำโดยใช้คิวบิตประเภทอื่น และให้แน่ใจว่าเราได้ผลลัพธ์เดียวกัน
ฉันชอบที่คุณกำลังมุ่งหน้าไปในเรื่องนี้ และฉันยินดีที่จะบอกคุณว่าวันนี้เราทำได้ อันที่จริง นั่นเป็นส่วนหนึ่งของความงดงามของ Azure Quantum โดยเปิดโอกาสให้ผู้คนเรียกใช้โค้ดเดียวกันบนคอมพิวเตอร์ควอนตัมหลายเครื่องผ่านบริการคลาวด์ที่เรามี คุณสามารถเขียนโค้ดเพียงชิ้นเดียว อาจเป็นอินสแตนซ์เล็กๆ ของอัลกอริทึมของ Azure หรืออาจเป็นควอนตัมที่เทียบเท่ากับ "สวัสดีชาวโลก" และรันบนฮาร์ดแวร์ที่พัฒนาโดยบริษัทต่างๆ เช่น ควอนตินัม และ ไอออนคิว. สิ่งเหล่านี้เป็นทั้งแท่นดักไอออน แต่เราก็เป็นพันธมิตรด้วย ควอนตัมเซอร์กิตอิงค์ (QCI)ซึ่งใช้แพลตฟอร์มคิวบิตตัวนำยิ่งยวด และเรามีแพลตฟอร์มคิวบิตตัวนำยิ่งยวดที่ใช้ซิลิคอนเซมิคอนดักเตอร์จาก คอมพิวเตอร์ Rigetti และแพลตฟอร์มโปรเซสเซอร์ควอนตัมอะตอมเป็นกลางจาก ปาสคาลซึ่งทั้งสองเรื่องจะออนไลน์เร็วๆ นี้
นั่นคือห้าแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ควอนตัมที่แตกต่างกันซึ่งมีให้บริการผ่าน Azure และสิ่งที่ยอดเยี่ยมจริงๆ ก็คือความยืดหยุ่นที่คุณมีกับโค้ด คุณสามารถเขียนอัลกอริทึมควอนตัมของคุณได้ Q# ซึ่งเป็นภาษาระดับสูงสำหรับการพัฒนาอัลกอริทึม. นั่นจะเป็นทางเลือกของฉัน แต่คุณสามารถเข้ามาด้วยรหัสของคุณเองได้ ตัวอย่างเช่น หากคุณเคยประสบปัญหาบนอุปกรณ์เครื่องใดเครื่องหนึ่งของ IBM และคุณมีอุปกรณ์ดังกล่าว คิสกิต เขียนโค้ดไว้แล้ว คุณก็สามารถรันโค้ดนั้นบนระบบของเราได้เช่นกัน คุณสามารถเลือกแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ใดก็ได้จากห้าแพลตฟอร์ม และมันจะรวบรวมโค้ดให้กับ "แบ็คเอนด์" ที่คุณเลือก
นั่นหมายความว่าคุณสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันเดียวกันบนอุปกรณ์แบ็คเอนด์ทั้งหมดและดูว่ามันทำงานอย่างไร แน่นอนว่าอุปกรณ์เหล่านี้มีสถาปัตยกรรมที่แตกต่างกัน การเชื่อมต่อที่แตกต่างกัน รวมถึงความเร็วและความเที่ยงตรงในการทำงานที่แตกต่างกันด้วย คุณสามารถเรียนรู้ทั้งหมดเกี่ยวกับความแตกต่างและความคล้ายคลึงเหล่านั้นผ่าน Azure
คุณวางแผนที่จะนำแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์เพิ่มเติมเข้ามาหรือไม่?
ใช่ เราเชื่อจริงๆ ในการสร้างประชาธิปไตยให้กับคอมพิวเตอร์ควอนตัมโดยการนำชุมชนเข้ามาสร้างระบบนิเวศให้เติบโต เครื่องมือโค้ดและแพลตฟอร์มของเราส่วนใหญ่เป็นโอเพ่นซอร์ส และเช่นเดียวกับผู้ให้บริการฮาร์ดแวร์หลายราย เรามีเครื่องจำลองที่หลากหลายที่มาจากพันธมิตรของเรา โปรแกรมเหล่านี้เป็นโปรแกรมที่ช่วยให้คุณทราบว่าโค้ดของคุณจะทำงานบนแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่กำหนดอย่างไร ก่อนที่คุณจะดำเนินการ นอกจากนี้เรายังมีสิ่งที่เรียกว่าตัวประมาณทรัพยากร ซึ่งคุณสามารถใช้หากคุณต้องการทราบว่าอัลกอริทึมมีค่าใช้จ่ายเท่าใดในการทำงานเมื่อเครื่องจักรขยายขนาดขึ้น หรือคุณต้องการเครื่องจักรขนาดใหญ่เพียงใด
การพัฒนาที่น่าตื่นเต้นเพิ่มเติมคือสิ่งที่เราเรียกว่า การเป็นตัวแทนระดับกลางควอนตัม (QIR)ซึ่งช่วยให้คุณสามารถใช้ภาษาระดับสูงใดก็ได้ (เลือกภาษาที่คุณชื่นชอบ) แมปภาษานั้นกับ QIR และส่งไปยังผู้ให้บริการแบ็คเอนด์จำนวนเท่าใดก็ได้ เราเห็นว่านี่เป็นเลเยอร์ที่สำคัญในกลุ่มซอฟต์แวร์ทั่วโลก เนื่องจากเป็นสิ่งที่อำนวยความสะดวกในการแปลหรือแมปบนฮาร์ดแวร์ต่างๆ
คุณสามารถนึกถึง QIR ได้ว่าเป็นภาษากลางเลเยอร์สากลที่ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างภาษาระดับสูงและเครื่องได้ หลายองค์กรได้นำมันไปใช้แล้ว ได้รับการพัฒนาเป็นส่วนหนึ่งของพันธมิตรผ่านทาง มูลนิธิการพัฒนาร่วมของมูลนิธิ Linux. อันที่จริง QCI, ควอนตินิวอัม, ริเจตติ Nvidia และ ห้องทดลองแห่งชาติ Oak Ridge ได้ประกาศแล้วว่าจะสร้างคอมไพเลอร์ผ่าน QIR
และทั้งหมดนี้เป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เรียกว่า LLVMซึ่งเป็นเฟรมเวิร์กคอมไพเลอร์คลาสสิกที่ได้รับความนิยมอย่างมาก ดังนั้นจึงช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จากเครื่องมือการคอมไพล์และการเพิ่มประสิทธิภาพจากอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิก ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการเขียนการแปลได้จริงๆ ไม่อย่างนั้นคุณจะต้องเขียนโค้ดใหม่สำหรับทุกภาษาให้กับทุกแบ็คเอนด์ ซึ่งจะมีราคาแพงมาก
ตลาดควอนตัมอยู่ในขั้นตอนที่น่าสนใจในขณะนี้ ดูเหมือนว่าทุกสัปดาห์จะมีบริษัทควอนตัมใหม่ๆ เปิดตัว แต่ช่วงการเติบโตครั้งใหญ่นี้กำลังเกิดขึ้นก่อนที่เทคโนโลยีจะก่อตั้งตัวเองขึ้นมาจริงๆ กังวลไหมว่าจะโดนจับ?
ฉันเชื่อว่าเราต้องการคนจำนวนมากที่โต๊ะเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้และเร่งความก้าวหน้าของเรา ตามเนื้อผ้า ด้วยเทคโนโลยีประเภทนี้ ความก้าวหน้าจะถูกวัดในทศวรรษ ลองนึกถึงเวลาที่ใช้ในการเปลี่ยนจากการประดิษฐ์ทรานซิสเตอร์ไปสู่การมีโทรศัพท์มือถือและไอโฟน เราไม่ต้องการสิ่งนั้นกับการคำนวณควอนตัม เราต้องการที่จะเร่งมันให้เร็วขึ้น
ฉันเชื่อว่าเราต้องการคนจำนวนมากที่โต๊ะเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีนี้และเร่งความก้าวหน้าของเรา
ข่าวดีก็คือว่าเรามีข้อได้เปรียบอย่างมาก – เรามีซอฟต์แวร์และคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกอยู่แล้ว รุ่นก่อนๆ ของเราไม่มีความสามารถในการจำลองสิ่งที่พวกเขาทำเมื่อเปลี่ยนจากหลอดสุญญากาศไปเป็นทรานซิสเตอร์เป็นวงจรรวม พวกเขาไม่มีคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกมาช่วย ในขณะที่เรามีคอมพิวเตอร์อยู่แค่เพียงปลายนิ้วสัมผัส เมื่อฉันเห็นระบบนิเวศเติบโตขึ้น มีบริษัทมากขึ้น มีบริษัทสตาร์ทอัพมากขึ้น มีหลักสูตรระดับมหาวิทยาลัยมากขึ้น ฉันมองว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งที่เราต้องการอย่างแท้จริง
ดังนั้น แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ว่าจะมีการล่มสลายหรือ "ฤดูหนาวควอนตัม" ฉันมุ่งเน้นไปที่การมีส่วนร่วมของผู้นำทางความคิดเหล่านั้น นำนักนวัตกรรมเหล่านั้นมาร่วมงาน และทำให้ควอนตัมเป็นประชาธิปไตย เพื่อให้เราสามารถหาวิธีแก้ปัญหาได้อย่างรวดเร็ว หากเราแสดงความคืบหน้า จะไม่มีฤดูหนาวควอนตัม และผมเชื่อว่าเราสามารถสร้างความก้าวหน้าดังกล่าวได้ในทุกด้าน ตั้งแต่อุปกรณ์และเครื่องจักรไปจนถึงซอฟต์แวร์และแอพ
คุณมีกำหนดวันสำหรับ “วัน Q-day” บ้างไหม นั่นคือวันที่คอมพิวเตอร์เครื่องแรกเริ่มออนไลน์
คอมพิวเตอร์ควอนตัมออนไลน์อยู่แล้ว พวกเขาอยู่ใน Azure และคุณสามารถเข้าถึงได้ แต่อัตราที่เราขยายขนาดและบรรลุความได้เปรียบด้านควอนตัมนั้นขึ้นอยู่กับทุกคนที่มีส่วนร่วมและมีส่วนร่วม ที่ Microsoft เราดำเนินการให้เร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อขยายขนาดเครื่องจักรและปรับขนาดแพลตฟอร์ม แต่เรายังต้องพึ่งพาบุคลากรด้วย การพัฒนาอัลกอริธึมที่ต้องใช้คิวบิตน้อยลง อาจโดยการกระโดดเข้าไปและใช้ QIR เพื่อสร้างสแต็กการคอมไพล์ที่ดีขึ้น ความคืบหน้าเป็นเรื่องเกี่ยวกับการสร้างความแตกต่างจากทั้งสองด้าน การปรับปรุงเครื่องจักรและลดต้นทุนของอัลกอริธึม นั่นคือสิ่งที่จะเปลี่ยนไทม์ไลน์และเร่งวันที่เราจะได้เห็นข้อได้เปรียบทางควอนตัมเชิงปฏิบัติ
