微软豪赌一颗芯片

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微软对新型量子计算设计的追求引发了广泛关注。其最新研究重点关注一种特殊的亚原子实体，这种实体可以为曾经被视为不可能完成的任务提供更快、更可靠的计算能力。

“经过17年的努力，我们展示的成果不仅令人难以置信，而且是真实的。它们将从根本上重新定义量子计算的下一阶段如何展开，”微软该部门负责人祖尔菲·阿拉姆（Zulfi Alam ）生动地描述了这项工作。

意大利物理学家埃托雷·马约拉纳于1937年首次提出了马约拉纳费米子，强调了一种自身就是反粒子的粒子。

由于这一概念具有增强量子硬件抗噪声能力的潜力，科学家们几十年来一直在追寻这一概念。

微软的新芯片 Majorana 1利用这些难以捉摸的粒子来稳定量子比特，即量子信息的基本单位。

这标志着基于电子的常见量子设计的转变。

微软的工程师声称他们已经研制出世界上第一个拓扑导体，这是一种同时具有超导体特性的半导体。

这种材料可以更有效地操纵马约拉纳费米子，可能抑制数据损坏。

通过在这个初始芯片上封装八个拓扑量子位，该团队希望降低阻碍当今量子设备的错误率。

开发人员预计将其扩展到一百万个量子比特，这可能会打破药物发现和复杂材料设计等领域的障碍。

当信号因环境干扰而变得混乱时，量子硬件就会陷入困境。

Majorana 1的设计目的是通过以所谓的拓扑超导模式排列量子位来减轻这些影响，从而偏转常见的干扰。

这一策略旨在让科学家在不牺牲速度的情况下获得更好的读数。

“我们将不再需要进行实验。你可以想象这样一个世界：科学家可以计算他们想要的材料，而且他们的计算精度非常高，以至于第一次就能计算正确。”阿拉姆解释道。

微软官员预见到未来机器可以非常精确地模拟化学反应，从而不再需要实验室实验。

微软与DARPA（国防高级研究计划局）达成的协议可能会加速大规模容错原型的开发。

工程师们认为，拓扑设置可以避开通常的增量方法，并在短短几年内实现稳定运行。

研究人员还暗示，这些拓扑量子比特或许能够实现新的加密方法。它们的纠错能力可以增强数据安全性，同时保留量子并行性的优势。

该芯片的功能取决于由三个量子点和一条特殊纳米线组成的干涉装置。

通过调整磁场和栅极电压，研究人员创建了一个环路，其中可以利用量子电容位移实时测量费米子宇称（一种量子态特征） 。

实际上，他们观察到了与毫秒级奇偶校验变化相对应的信号切换，这表明系统保持稳定的时间足够长，可以进行有意义的量子操作。

该团队在不到90微秒的时间内实现了5.01的信噪比，这是支持芯片可靠性的奇偶校验检测的一个里程碑。

微软官员表示：“它将解决目前全球计算能力无法解决的问题。”

微软的领导层表示，这些机器可以解决医疗保健和清洁能源等领域的棘手问题。

随着基础的稳定，外部合作者可能会开始测试只能在量子设备上有效运行的算法。

这为各个学科的科学家打开了大门，使他们无需专门的硬件或巨额预算即可利用量子模拟。

该领域的怀疑论者继续质疑微软的信号是否真正反映了马约拉纳零模式，还是巧妙调整的模仿它们的低能状态。

实验装置显示出有希望的双峰信号和长停留时间，但一些研究人员指出，在特定条件下，安德烈夫束缚态可能会出现类似的结果。

为了解决这个问题，微软团队使用不同的模型进行了模拟，并在多台设备上交叉检查了结果。

然而，论文承认，如果没有进一步验证，他们的数据就无法明确证明拓扑状态的存在。

但这并没有阻止行业观察家们将这项工作称为迄今为止基于测量的拓扑量子比特的最有力案例。

实用量子计算仍在发展中，迄今为止还没有任何系统能够处理极端规模的日常任务。

硬件改进必须解决一致性限制、芯片制造障碍和现实世界的部署挑战。

然而，设计马约拉纳1所表现出的坚持暗示着商业量子解决方案正在逐渐接近。

《自然》杂志最近发表的同行评审结果通过测量数据支持了这些说法，但专家指出还需要更多的论证。

微软专注于基于马约拉纳的量子比特，这使其有别于追求其他量子方法的竞争对手。

分析人士表示，如果这种架构能够满足其可靠性承诺，它可能会重塑科学家日常需要处理的问题。

行业观察人士预计，拓扑导体材料的实用性将引发激烈的争论。每一次突破都会引发关于成本、可扩展性和大规模应用准备度的新问题。

https://www.earth.com/news/microsofts-quantum-gamble-a-majorana-1-chip-that-promises-a-million-qubits/

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