微软公布量子芯片新突破，量子计算机推出时间有望缩至数年内

当地时间2月19日，全球首款拓扑量子芯片Majorana 1发布，该芯片由微软公司历时近20年研发，有望于2030年之前上市。微软的目标是未来在量子芯片上实现百万个量子比特的相干操纵。

微软董事长兼CEO萨蒂亚·纳德拉发文宣布：“这一突破将使我们在几年内，而不像一些人预测的那样用几十年，创造出一台真正有意义的量子计算机。”‍

实现百万量子比特并不是遥不可及的“科幻”。早在2023年，中国科学院院士潘建伟就曾表示：“我认为，在未来5年，也就是短中期，我们可以看到几百到几千量子位相干的操纵，这将有助于我们去研究高温超导机制，其中可能会涉及量子霍尔效应。在长期来看，未来10-15年，我们可以看到数百万量子位相干的操纵，借助量子纠缠，这将为通用的量子计算奠定基础。”

量子位也称为量子比特，这是量子计算的基本构建单位，类似于经典计算中的比特。目前，全球顶尖的量子实验室都致力于构建更多量子比特数的量子计算机，从而实现更强的纠错能力。

微软最新发布的Majorana 1芯片包含的量子比特数远少于谷歌和IBM构建的量子芯片。谷歌Willow芯片拥有105个物理量子比特，而Majorana 1仅包含了8个量子比特。但微软表示，它可以通过构建更少的量子比特数实现更强的量子纠错能力。

究竟需要多少量子比特才能实现量子计算机的纠错？潘建伟曾表示，这取决于应用，取决于计算机运行的精准度。

Majorana 1是基于全新的物质状态——“拓扑”构建而成的全球首款拓扑量子芯片，采用了半导体砷化铟和超导体铝材料。微软在2月19日发布的一篇博客中称，开发合适的材料来构建量子比特，并理解量子比特相关的物质拓扑状态的难度极大，这也是大多数量子研究都集中在其他类型量子比特的原因。

“最难的部分是解决物理问题。这方面没有教科书，我们必须自己发明，通过一个一个原子、一层一层地构建。”微软执行副总裁Jason Zander表示。

潘建伟在谈到“拓扑量子比特”时表示，这是一种基于拓扑量子计算的量子比特，工作原理是通过对拓扑缠结态进行操作。由于拓扑量子比特具有较强的容错能力，因此它被认为是实现容错量子计算的理想选择。

“如果能够实现，而且有非常扎实的技术基础，拓扑量子比特将会让量子计算变得更加容易。”潘建伟表示。他还称，新的2D材料在拓扑结构上的应用将会有很大的潜力，因为典型的传统材料在拓扑领域有一定的局限，有时会带来一些错误的结果。

微软最新的技术进展给拓扑量子比特领域的研究带来新的希望，关于Majorana 1量子芯片的研究成果发布在《自然》杂志上。微软还表示，预计该芯片将于2030年之前上市。

Zander表示：“在开始谈论商业可靠性之前，我们希望能率先实现几百个数量级的量子比特。”而微软的目标是，经过大量的物理研究后，朝着在Majorana 1芯片上实现一百万个量子比特。

技术专家相信，量子计算机有朝一日可以完成当今系统需要数百万年才能完成的计算，有效地解决传统计算机难以解决甚至不可能解决的问题，并在医学、化学和许多其他领域带来新的发现。但业内对于这一愿景何时实现，长期以来存在争议。

英伟达创始人CEO黄仁勋上个月表示，量子技术距离超越英伟达芯片还有20年的时间，目前AI芯片仍是人工智能的主力军。而谷歌等公司则认为，这一时间点预计将在5年内实现。IBM预计，大规模量子计算机将于2033年左右上线。

微软也成为最新加入谷歌和IBM等量子计算前沿公司乐观预测的科技巨头。尽管微软没有给出Majorana 1芯片何时能扩大规模，并制造出超越经典计算的量子计算机的时间表，但该公司在博客文章中表示，这一时间点“还需数年，而不是数十年”。

Zander表示：“与其说距离这一目标还有几十年的时间，我们认为这更像是几年后就会发生的事情。”他还称，量子计算机可用于构建用于训练人工智能模型的数据。 “现在你可以要求它发明一些新的分子，发明一些新的药物，这在以前是不可能做到的。”他说道。