微软发布由 "新物质状态 "驱动的量子芯片

2025-02-20 02:06:50 UTC

微软的马约拉纳 1 处理器利用拓扑超导性，有可能将量子计算扩展到 100 万量子比特

本周三，微软发布了一款量子芯片--Majorana 1，它由一种既非液态、固态也非气态的奇异物质状态驱动，这种物质状态被称为拓扑超导。

这一突破在科学杂志《自然》（Nature）上有详细介绍，它使用一种被称为拓扑导体的定制材料来创建和控制马约拉纳粒子，从而有可能扩大量子计算的规模，解决以前不可能解决的问题。

从本质上讲，超导体是一种半导体材料，可以传导能量，同时也是一种超导体，通常在极低的温度下以最小的能量损耗导电。

创造这种材料需要原子工程学上的精确度和零下 400 度的超低温，但微软公司强调，考虑到所有好处，这种努力的复杂性和昂贵性都是值得的。

"微软技术研究员克瑞斯塔-斯沃尔（Krysta Svore）在公司的一段视频中说："有了这种材料，我们就能为量子计算机构建一个全新的基础架构，一个拓扑内核，让我们在芯片上的量子比特数量不是几十或几百，而是上百万。

该项目是微软历史上持续时间最长的项目，始于本世纪初比尔-盖茨担任首席执行官时。

在马约拉纳架构下利用可控量子比特构建的百万量子计算机可以解决当今最强大的超级计算机无法解决的问题。

这包括设计自愈材料、创造催化剂以分解微塑料、开发酶以提高恶劣气候下的粮食产量，或者暴露比特币私人密钥。

"微软首席执行官萨蒂亚-纳德拉（Satya Nadella）在消息发布后不久就在推特上写道："想象一下，一个可以放在手掌中的芯片，却能解决当今地球上所有计算机加在一起也无法解决的问题。"这不是为了炒作技术，而是为了打造真正服务于世界的技术"。

当前版本的芯片包含八个拓扑量子比特，但微软声称该架构可以在单个手掌大小的芯片上扩展到一百万个量子比特。

这将突破目前量子计算的限制。

"微软量子硬件事业部副总裁切坦-纳亚克（Chetan Nayak）说："Majorana（是）世界上第一个由拓扑内核驱动的量子处理单元，旨在单个芯片上扩展到100万量子比特。"微软有望在数年内，而不是数十年内打造出可扩展量子计算机的FTP（容错原型）。

该芯片的工作原理是在一种由砷化铟和铝制成的特殊材料中哄骗奇异的马约拉纳粒子。

当冷却到接近绝对零度并用磁场调节时，这种材料就会进入拓扑超导状态--不是固体、液体或气体，而是一种根本不同的状态。

微软声称，马约拉纳项目在降低量子比特的不可预测性方面取得了突破，而这正是量子计算所面临的关键挑战之一。

马约拉纳1号 "让我们能够创建拓扑量子比特。拓扑量子比特可靠、小巧、可控。这就解决了在量子比特中产生误差的噪声问题，"斯沃尔说。"这个芯片中的每一个原子都是有目的地放置的。它是从头开始构建的，完全是一种新的物质状态。

在过去的十年中，科学家们已经越来越接近达到这一点。

与其他量子计算方法不同，微软的拓扑量子比特可以天然地抵御通常会破坏量子态的环境噪声。

这家软件和技术巨头声称，它的新测量技术具有检测电子计数微小变化的灵敏度--这是可靠读取量子比特状态的关键因素。

该公司的方法吸引了美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency）的注意，该局将微软公司纳入其评估创新量子技术是否能比传统认知更快地构建商业相关系统的计划中。

目前，微软是受邀参加美国国防部高级研究计划局 "实用规模量子计算未充分探索系统 "项目最后阶段的两家公司之一。

该公司的方法与谷歌和 IBM 等采用不同量子位技术的竞争对手大相径庭，它声称自己的架构简化了控制要求，因为它使用的是电压脉冲，就像拨动电灯开关一样，而不是对每个量子位进行微调模拟控制。

马约拉纳1号 "芯片设计用于在Azure数据中心内运行的量子系统。

微软计划通过研究合作继续完善这项技术，然后将其投入商用。

编辑：Sebastian Sinclair

Source: decrypt.co