10月、XNUMX人の物理学者がTwitterに賭けました。 ルイジアナ州立大学の教授であるジョナサン・ダウリングとカリフォルニア工科大学のジョン・プレスキルは、今からXNUMX年後、ピザとビールを賭けました。

プレスキルベットはい。 ダウリングベットはありません。 「プレスキルはすぐに賭けのアイデアを気に入りました」とそれを始めたダウリングは言います。 「彼と私は、しばらくの間、このトピックについて何度も行ってきました。」

契約を文書化するために、ダウリングは、クリップアート羊皮紙の背景にPowerPointで用語を入力しました。 ベットの特定の条件がぼやけた画像でレイアウトされています ツイート内 1人の物理学者のフィードについて。 （「私はプレスキルのピクセル化のせいです」とダウリングは言います。「彼はそれをPDFとして再保存しました。」）彼らは2030年XNUMX月XNUMX日の協定世界時の深夜に賭けを解決します。

ほとんどの人にとって、彼らの賭けの主題はかなり難解です。 しかし、専門家の間では、トポロジカル量子コンピューターの構築は数十年に及ぶ月の射撃であり、最初は学者によって支持され、後にマイクロソフトによって取り上げられ、研究者は今日もその開発を続けています。 「それはとても美しく、とてもエレガントです」とトポロジカル量子コンピューティングのプレスキルは言います。

確かに、「美しい」と「エレガント」は、おそらく物理学者がトポロジカル量子コンピューティングを説明するために最も一般的に使用する言葉です。 1997年にロシア系アメリカ人の物理学者アレクセイキタエフによって最初に提案されたトポロジカル量子コンピューターは、材料内の非アーベルエニオンとして知られる電子のクラスター内の情報を表します。 理論は、これらのクラスターが物質内での動きの一種の記憶を保持し、コンピューターがそれらがどのように交換されるかについて情報をエンコードできると予測しています。 たとえば、エニオンのペアでは、0は右側のエニオンと位置を交換するエニオンとして表され、1は左側のエニオンを交換することを意味します。

物理学者は、XNUMXつのエニオンを交換することをXNUMX本の髪の毛を編むことに例えています。 少しの情報は、髪自体の物理的特性ではなく、三つ編みの一番上にあるストランドで表されます。 この方法でエンコードされた情報は、従来の量子コンピューティングと比較して、変更するのもはるかに困難です。 量子ビット、またはキュービットは、GoogleやIBMのノイズの多い量子マシンを構成する超伝導回路などの物理オブジェクトのプロパティに基づいて、キュービットに比べてはるかに少ないエラーをコミットする必要があります。 たとえば、これらの量子コンピューターが複雑なアルゴリズムを実行すると、回路が誤って隣接する回路のプロパティを変更してエラーを生成する可能性があります。これは、研究者が修正する方法を完全には理解していません。 トポロジカル量子コンピューターは、このタイプのエラーに耐性があります。

トポロジカル量子コンピューティングは、トポロジカルと呼ばれる幾何学の分野を利用しているため、その名前が付けられています。 トポロジー学者は、変形しても同じままであるオブジェクトのプロパティを研究します。 たとえば、粘土をドーナツの形に形作ることを想像してみてください。 そうすれば、粘土を引き裂いたり、付け直したりすることなく、そのドーナツをコーヒーカップの形にスムーズに変形させることができるはずです。 したがって、コーヒーカップとドーナツは、トポロジー的に同等として知られているものです。

同様に、トポロジカルキュービットは、トポロジカルに同等の状態である限り、含まれている情報を保持します。つまり、「ドーナツがコーヒーカップと異なる限り、それでも機能する」ということです。ダウリングは言います。 支持者は、物理学者だけがそれを構築する方法を理解できれば、そのようなマシンは既存の量子マシンを悩ます計算エラーに苦しむことはないと言います。

プレスキルは、1997年にキタエフがモスクワから初めて米国を訪れたときにトポロジカル量子コンピューティングについて学び、すぐにそのアイデアに夢中になりました。 以前、研究者は、量子コンピューティングエラーを回避する唯一の方法は、エラーを修正する追加のソフトウェアアルゴリズムを実装することであると考えていました。これは、研究者がまだ開発に取り組んでいるアルゴリズムです。 現在、カリフォルニア工科大学のPreskillの同僚であるキタエフは、追加のエラー訂正コードを必要とせずに、ハードウェア自体によってコンピューターをエラーから保護する設計を発表しました。 彼のマシンは、情報を保持しながら、いわば引き伸ばされたり変形したりできるキュービットを使用していました。

「キタエフは、ハードウェアレベルでエラーを修正するための非常に具体的で美しいアイデアを持っていました」とプレスキルは言います。 「長期的には、これが答えになると思いました。」

しかし、ダウリングは、アイデアの支持者には現実のチェックが必要だと考えています。 「彼は美しい数学にとても夢中になっています」とプレスキルについて語るダウリングは言います。 ダウリングは、トポロジカル量子コンピューティングを弦理論と比較します。これは、物理学のすべての法則を統一するためのかつて人気のあったアプローチであり、そのアイデアを実験的にテストすることは不可能であるため、その後支持されなくなりました。

「数学的にエレガントであるため、私はそれに惹かれることに同意します」とプレスキルは同意します。 "それの何がいけないの？"

物理学者はXNUMX年以上の間お互いを知っており、彼らは両方ともさらに長い間量子コンピューティングの研究に取り組んできました。 今日、プレスキルは、ある意味で、米国における量子コンピューティングの父のような公の顔となっています。 彼の忍耐強いドローイングでは、彼はしばしばベンチャーキャピタリスト会社の人気のある報道機関や非専門家に量子概念を説明します。 この事実上の役割において、プレスキルは、数学が多い分野の概念を理解しやすくするためにキャッチフレーズを作り出しました。 他の量子コンピューティング研究者は、ノイズの多い中規模量子を表し、既存の量子コンピューターの状態を説明する「NI​​SQ」（「nisk」と発音）などの彼の用語を採用しています。 彼はまた、量子コンピューターが従来のコンピューターを凌駕するタスクを広く説明するために、物議を醸している用語「量子超越性」を作り出しました。 Googleの量子コンピューティングチーム 2019年にこの用語を使用した 彼らの画期的な実験を説明するが、 現場の多くの人が不快だと感じています それは「白人至上主義」の言い回しを呼び起こすからです。

「人々がそれを不快に感じたことに少しびっくりしました」とプレスキルは言います。 「私は今、人々がそのように反応することを理解しています。」 彼は現在、「量子計算の優位性」というフレーズを選択して、どのグループの人々の優位性についても話しているのではないことを明確にしています。

一方、ダウリングは自分自身をコミュニティの「でたらめな探知機」と名付けました。 彼はおそらく、量子コンピューティングのトローリな叔父です。 彼はツイッターでの物理実験についての主張を「はい」、「いいえ」、「誇大広告」、「誇大広告ではない」、そして時折「間違ってさえいない」と主張することを支持または非難します。 「ジョンは…どう言うべきですか？ 率直な人です」とプレスキルは言います。 「彼はしばしば、他の人々が量子科学について言っていることを批判しています。」

それらの両方は過去に科学的な賭けをしました。 プレスキルの最も有名な賭けは、ブラックホールに飲み込まれた物体に関する情報を後で取得できるかどうかについて、故物理学者のスティーブンホーキングとの交渉でした。 （プレスキルは2004年に賭けに勝ちました。ホーキングがそうだと認めたとき、情報はブラックホールから逃れることができます。）

ダウリングの賭けには、時には下心が含まれています。 「1999年に、私はNSAの人に、10年以内に何かに使用できる量子コンピューターができると確信していました」と当時陸軍研究所で働いていたダウリングは言います。 2009年が過ぎ去ったとき、彼は負けました—しかし、彼は賭けがその目的を果たしたと言います。 彼は、この賭けが量子コンピューティングの研究資金を増やすのに役立ったと考えています。 「NSAのこの男のマネージャーが彼に尋ねたとき、「量子コンピューターはいつ準備ができますか？」 「何人かの人々は決して言わないが、陸軍で働いているこの一人の狂った男は10年後に言う」と彼は言うだろう」と彼は回想する。 ダウリングは、彼の賭けの特異性が資金提供者に競争力を感じさせたと推測しており、彼によると、NSAの量子コンピューティング研究資金は賭けからXNUMX年以内にXNUMX倍になりました。 「賭けは私がやりたいことをしました」と彼は言います。

科学者たちは長い間、問題解決に拍車をかけるために賭けを使用してきました。 早くも1600年、天文学者のヨハネスケプラーは、彼の師であるティコブラーエに、火星の太陽の周りの軌道をXNUMX日で計算できると賭けました。 （ケプラーは賭けに負けましたが、XNUMX年後にそれを理解しました。）最近では、長期的な思考を促進することを使命とする非営利団体であるロングナウ財団が設立しました。 ロングベットプロジェクト、人々が賭け金を追跡できるWebサイト。これには、世界の人口と英国の食肉処理場の将来を予測するものが含まれます。 競争は、困難な問題に人々の注意を集中させるのに役立ちます。

ダウリングの気まぐれな考えはさておき、彼はトポロジカル量子コンピューティングに対する彼の懐疑論を支持するいくつかの確かな点を持っています。 まず第一に、研究者は、電子がその明確なパターンを形成するように、材料内に非アーベルエニオンを実際に生成できることを決定的に実証していません。 これは、トポロジカル量子コンピューターの基本的なコンポーネントをまだ構築できないことを意味します。 さらに、エニオンの利点のいくつかは、絶対零度に近い非実用的な低温に保たれている場合にのみ存在します。 この点で、それらは超伝導回路から構築されたグーグルのような量子コンピューターに勝るものはありません。

現在の賭けは ダウリングのツイッターダイアトリブのXNUMXつ、彼はマイクロソフトがその進展を誇張していると非難した。 トポロジー量子コンピューティングに投資している唯一の大企業であるマイクロソフトは、2005年にカリフォルニア州サンタバーバラにこの研究専用の研究所Qを設立して以来、材料に非アーベルエニオンの作成に取り組んできました。 2012年、2016年、2018年に、Microsoftに所属する研究者は、有望であるが決定的な結果をジャーナルに提示しませんでした 科学 および 自然、超伝導体にくっついた小さなワイヤーで電子をエニオンのようなパターンに操るだろうと書いている。

マイクロソフトの担当者は、この記事のインタビュー要求を拒否しました。 しかしXNUMX月、マイクロソフトの量子ハードウェア担当ゼネラルマネージャー チェタン・ナヤックはWIREDに語った、「私たちはこれまでの進歩に非常に興奮しています。」

ダウリングにとって、この進歩は期待できません。 「マイクロソフトはすべてのリソースをこれに投入しましたが、それを示すものは何もありません」と彼は言います。 「わかりました。それは悪いことではありません。間違った馬に賭けて、人生をやり遂げることがあります。 しかし、毎年、マイクロソフトの誰かが、重要な発表からほんの数日しか離れていない、これらの非アーベル群のエニオンを示したと言っているのを聞いています。 そして、発表はありません。 どの時点で、これは機能しないと彼らは言いますか？」

プレスキルは、作業に予想よりも時間がかかることに同意しますが、ダウリングの皮肉を共有していません。 「将来的にトポロジカル量子コンピューターができると確信していますが、時間スケールはまだ非常に不確実です」と彼は言います。

ダウリングが勝った場合、彼はニューヨークスタイルのピザとドイツの小麦ビールを要求すると言います。 しかし、彼は賭けの結果を本当に気にしていないことを認めています。 「負けたら本当に嬉しいです」とダウリングは言います。 「それは、誰かがトポロジカル量子コンピューターを作ったことを意味します。」 賭けのポイントは、「特定の未解決の問題に楽しい方法でコミュニティを集中させることです」と彼は言います。

プレスキルはまだピザのトッピングやビールのスタイルを考慮していません。 彼にとって、賭けは彼が大衆と遊ぶ小さなゲームでもあります。 「それは一般の人々を科学的な問題に興味を持ってもらう」と彼は言う。 彼とダウリングがあなたに今日のトポロジカル量子コンピューティングについてあなたが通常よりも数秒間考えさせることができれば、彼らはすでに勝っています。