Purdue University och Microsoft Corp. har tecknat ett femårigt avtal om att utveckla en användbar kvantdator. Purdue är ett av fyra internationella universitet i samarbetet. Michael Manfra, Purdue Universitys Bill and Dee O'Brien ordförande professor i fysik och astronomi, professor i materialteknik och professor i el- och datateknik, kommer att leda ansträngningen hos Purdue för att bygga en robust och skalbar kvantdator genom att producera vad forskare kallar en "topologisk qubit". Upphovsman:Purdue University foto/Rebecca Wilcox
"Om detta projekt är framgångsrikt kommer det att orsaka en revolution inom datorer."
Det är prognosen för Michael Manfra, Purdue Universitys Bill and Dee O'Brien ordförande professor i fysik och astronomi, Professor i materialteknik och professor i el- och datateknik, om ett nytt långsiktigt förbättrat samarbete mellan Purdue och Microsoft Corp. för att bygga en robust och skalbar kvantdator genom att producera vad forskare kallar en "topologisk qubit".
Purdues president Mitch Daniels noterade att Purdue var hem till den första datavetenskapliga avdelningen i USA, och säger att detta partnerskap och Manfras arbete placerar universitetet i framkant inom kvantberäkning.
"En dag kommer kvantberäkning att flytta från laboratoriet till faktisk daglig användning, och när det gör det, det kommer att signalera ytterligare en explosion av datorkraft som den som orsakas av kiselchipet, "Säger Daniels." Det är spännande att föreställa sig Purdue i mitten av detta nästa steg framåt. "
I de datorer som vi för närvarande använder varje dag, information är kodad i ett antingen/eller binärt system av bitar, vad brukar man betrakta som 1:or och 0:or. Dessa datorer är baserade på kiseltransistorer, som, som en strömbrytare, kan bara vara antingen på eller av.
Med kvantdatorer, information är kodad i qubits, som är kvantenheter av information. Med en qubit, dock, detta fysiska tillstånd är inte bara 0 eller 1, men kan också vara en linjär kombination av 0 och 1. På grund av ett märkligt fenomen av kvantmekanik som kallas "superposition, "en qubit kan vara i båda tillstånden samtidigt.
Denna egenskap är avgörande för kvantberäkningens potentiella effekt, möjliggör lösningar på problem som är svårhanterliga med hjälp av klassiska arkitekturer.
Förespråkare för kvantberäkning tror att denna aldrig tidigare skådade teknik kommer att skapa en ny global "kvantekonomi".
Teamet som samlats av Microsoft kommer att arbeta med en typ av kvantdator som förväntas vara särskilt robust mot störningar från omgivningen, en situation som inom kvantberäkning kallas "dekoherens". Den "skalbara topologiska kvantdatorn" är teoretiskt sett mer stabil och mindre benägen för fel.
"En av utmaningarna inom kvantberäkning är att qubiterna interagerar med sin miljö och förlorar sin kvantinformation innan beräkningar kan slutföras, "Manfra säger." Topologisk kvantberäkning använder qubits som lagrar information "icke-lokalt" och de yttre bullerkällorna har mindre effekt på qubit, så vi förväntar oss att den ska vara mer robust. "
Manfra säger att den mest spännande utmaningen i samband med att bygga en topologisk kvantdator är att Microsoft -teamet samtidigt måste lösa materialvetenskapliga problem, kondenserad materiens fysik, elektroteknik och datorarkitektur.
"Det är därför Microsoft har samlat en så mångsidig uppsättning begåvade människor för att hantera detta storskaliga problem, "Manfra säger." Ingen person eller grupp kan vara expert i alla aspekter. "
Purdue och Microsoft ingick ett avtal i april 2016 som förlänger sitt samarbete om kvantberäkningsforskning, effektivt etablera "Station Q Purdue, "en av" Station Q "experimentella forskningsplatser som arbetar nära två" Station Q "teoriplatser.
Den nya, flerårigt avtal förlänger det samarbetet, och inkluderar Microsoft -anställda som är inbäddade i Manfras forskargrupp på Purdue.
Manfras grupp på Station Q Purdue kommer att samarbeta med Redmond, Washington-baserade Microsoft-teammedlemmar, samt en global experimentgrupp som upprättats av Microsoft, inklusive experimentgrupper vid Niels Bohr -institutet vid Köpenhamns universitet i Danmark, TU Delft i Nederländerna, och University of Sydney, Australien. De är också kopplade till teoretikerna på Microsoft Station Q i Santa Barbara. Alla grupper arbetar tillsammans för att lösa quantum computings största utmaningar.
"Det som är spännande är att vi gör vetenskap och teknik hand i hand, på samma gång, "Manfra säger." Vi har turen att få vara med i detta verkligt fantastiska globala team. "
Matematiker och Fields -medaljmottagare Michael Freedman leder Microsofts Station Q i Santa Barbara som arbetar med kvantberäkning.
"Det finns en annan dataplanet där ute, och vi, kollektivt, kommer att landa på den. Det är verkligen som gamla fysiska utforskningstider och mycket mer intressant än att låsa in sig i en flaska och resa genom rymden. Vi kommer att hitta en fantastisk osynlig värld när vi har programmerbara kvantdatorer för allmänna ändamål, "Freedman säger." Michael Manfra och Purdue University kommer att vara en viktig samarbetspartner på denna resa. Jag är inte intresserad av att ta med siffror, men löser kemi- och materialvetenskapliga problem, och mest ambitiöst maskinintelligens. Nyfiket, vi behöver stor materialvetenskap och transportfysik - Mike Manfras arbete - för att bygga de system vi kommer att använda för att göra kvantberäkning och, Således, att inleda nästa era av materialvetenskap. "
Purdues roll i projektet kommer att vara att växa och studera ultrarena halvledare och hybridsystem av halvledare och superledare som kan utgöra den fysiska plattformen på vilken en kvantdator är byggd. Manfras grupp har expertis inom en teknik som kallas molekylär stråleepitaxi, och denna teknik kommer att användas för att bygga lågdimensionella elektronsystem som utgör grunden för kvantbitar, eller qubits.
Arbetet på Purdue kommer att utföras i Birck Nanotechnology Center i universitetets Discovery Park, liksom vid Institutionen för fysik och astronomi. Birck-anläggningen rymmer epitaxisystemet med flera kammare, där tre tillverkningskammare är anslutna under ultrahögt vakuum. Den innehåller också tillverkning av renrum och nödvändiga verktyg för karaktärisering av material. Laboratorier för lågtemperaturmätning av materialen elektroniska egenskaper kommer att utföras på Institutionen för fysik och astronomi.
Suresh Garimella, vice vd för forskning och partnerskap, och Purdues Goodson -framstående professor i maskinteknik, säger de verktyg och laboratorier som finns i Discovery Park har gjort det möjligt för Purdue att bli världsledande på flera områden.
"Att kombinera dessa världsledande anläggningar med vår otroligt begåvade och kunniga fakultet, som professor Manfra, har placerat Purdue i spetsen för forskning och utveckling av nanoteknik, nanoelektronik, nästa generations kiseltransistorbaserad elektronik, och kvantberäkning. Att få Purdue att bidra till konstruktionen av världens första kvantdator är en dröm som går i uppfyllelse för oss, " han säger.