微软公布首款拓扑量子芯片，称量子计算将在数年内实现

2月20日，微软宣布量子计算新突破，公布其首款量子计算芯片Majorana 1，称距离量子计算机“只需要几年，而非几十年”。微软表示，开发Majorana 1需要创造一种全新的物质状态，即所谓的“拓扑体”。

传统计算机每个晶体管只能处于0或1两种状态，但作为量子计算机中的计算单位，一个量子比特可存在多种状态，这可以加速某些类型的计算应用。错误是量子计算中最大的挑战之一。因为量子比特倾向于与其环境快速交换信息，这使得很难保护计算所需的信息。通常使用的量子比特越多，错误就会越多。

为了解决这个问题，微软的量子芯片采用了新的解决方案。Majorana 1已研制近20年，微软押注于一种少有人采取的方法——将传统半导体和超导体结合起来，构建“拓扑量子比特”。Majorana 1依赖于一种名为马约拉纳费米子的粒子，这种粒子具有的特性使其不容易出现困扰量子计算机的错误，但物理学家很难发现和控制它。微软表示，他们用砷化铟和铝制造了Majorana 1，使用超导纳米线来观察粒子，并可通过标准计算设备进行控制。

Majorana 1比竞争对手拥有更少的量子比特。微软表示只构建了8个拓扑量子比特，它们还无法进行能够改变计算本质的计算。微软认为，在制造量子计算机时所需的基于马约拉纳费米子的量子比特数量要少得多，因为出错率更低。

负责微软长期战略投资的执行副总裁杰森·詹德（Jason Zander）表示，Majorana 1是“高风险、高回报”战略。“最难的部分是解决物理问题，这方面没有教科书，我们必须自己发现。”

哈佛大学物理学教授菲利普·金（Philip Kim）表示，微软的新发明意义重大，因为拓扑量子比特可以加速量子计算机的发展。“如果一切顺利，微软的研究可能是革命性的。”

但加州理工学院理论物理学教授杰森·艾丽西娅（Jason Alicea）质疑该公司是否真的构建了拓扑量子比特，称量子系统的运行往往难以证明。“理论上，拓扑量子比特是可能的，人们也认为这是一个有价值的目标。”不过艾丽西娅说，“必须验证一个设备是否按照理论预测的所有神奇方式运行，否则量子计算的现实可能会变得不那么乐观。幸运的是，微软已经做好了尝试的准备。”

有效用的量子计算机何时到来已成为科技行业高层争论的话题。英伟达首席执行官黄仁勋上个月表示，该技术距离超越英伟达芯片还有20年时间。微软认为，计算技术的根本变革比人们最近认为的要近得多，称距离量子计算机“只需要几年，而非几十年”。IBM表示，大型量子计算机将在2033年上线。谷歌则表示，距离商业量子计算应用只有五年时间。

去年12月，谷歌宣布其最新量子芯片Willow在基准测试中表现惊人，拥有105个量子比特的Willow在不到5分钟的时间内完成了一个标准的基准计算，而当今最快的超级计算机需要耗时10^25年（即10,000,000,000,000,000,000,000,000年），这个数字远远超过了宇宙年龄。科学家研究减少错误的方法，当时谷歌研究发现，在Willow中使用的量子比特越多，越可以成倍减少错误，这解决了量子纠错领域的关键挑战。