芯東西（公眾號：aichip001）
作者 | ?ZeR0
編輯 | ?漠影
芯東西2月20日報道，微軟昨夜在量子計算領域甩出一枚重磅“核彈”，正式推出Majorana 1——全球首個由拓撲核心驅動的量子處理器（QPU）。
微軟董事長兼CEO薩蒂亞·納德拉發文宣布：“這一突破將使我們在幾年內，而不像一些人預測的那樣用幾十年，創造出一臺真正有意義的量子計算機。”
這(zhe)是微軟運行時間最(zui)長的研(yan)究項目之一。過(guo)去17年，微軟一直推進這(zhe)項研(yan)究。他們已經能(neng)對迄今(jin)僅被理論化(hua)的亞原子(zi)粒子(zi)進行觀察，還可(ke)以控制它。
這為量子計算創造了一種全新的材料和架構——可將100萬量子比特塞進一顆巴掌大小的單芯片。
Majorana 1小到只有0.01毫米寬(kuan)，已實現將(jiang)8個拓(tuo)撲量子(zi)比特放在單(dan)芯(xin)片(pian)上，未來這個芯(xin)片(pian)將(jiang)能擴展至(zhi)百(bai)萬級量子(zi)比特。
而世界上所有當前計算(suan)機(ji)的協同運行，都無(wu)法完成一(yi)臺100萬量子比特的量子計算(suan)機(ji)能夠完成的任(ren)務(wu)。
100萬量子比(bi)特意味著(zhu)什么？
量子計算機可以(yi)模擬得非常精確，將解(jie)(jie)決(jue)當今世界所有計算機的綜合能力所無(wu)法解(jie)(jie)決(jue)的問題，比如將微塑料分解(jie)(jie)成無(wu)害(hai)的副產品(pin)、發(fa)明(ming)自修(xiu)復材料，有望(wang)徹底(di)改變醫學(xue)、藥物研發(fa)、材料科學(xue)乃至我們(men)對自然世界的理解(jie)(jie)。
不僅如此(ci)，量子計算機還(huan)能增強(qiang)AI能力，推動更多(duo)前沿發(fa)現。
Majorana 1的革(ge)命性突破在于運用了全(quan)新材料“拓(tuo)撲(pu)導體(ti)”（topoconductor），標(biao)志著人類向實用化量子(zi)計算邁(mai)出關鍵一(yi)步。
微軟還宣布在實用量子計算(suan)的道路上取(qu)得如下進展：
1、硬件級保護型拓撲量子比特?：結合今日Nature論文及Station Q會議(yi)披(pi)露的技術細節(jie)，微軟率先利用(yong)新(xin)型材(cai)料和(he)設計一種完(wan)全不同(tong)類型的微型、高速、支持全數字化調(diao)控的量子比(bi)特。
2、可靠量子計算的設備路線圖：從單量子比特到(dao)實現量子糾(jiu)錯的陣列結構。
3、構建世界上第一個基于拓撲量子比特的容錯原型（FTP）：作為美國國防(fang)高級研究計(ji)(ji)(ji)(ji)劃局（DARPA）實(shi)用規模量(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)(ji)算未充(chong)分探索系統（US2QC）計(ji)(ji)(ji)(ji)劃的最終階段的一(yi)部(bu)分，微軟正在(zai)按(an)計(ji)(ji)(ji)(ji)劃構建可擴(kuo)展量(liang)子(zi)計(ji)(ji)(ji)(ji)算機的FTP（只需數年而不(bu)是數十年）。
這些里程碑共同標志著從(cong)科學探索向技術創(chuang)新邁進(jin)的量子計算關鍵時刻，將重新定義(yi)量子旅程的下一階段如何(he)進(jin)行。
Dwarkesh播客節目第一時間放出對納德拉的專訪。納德拉談道，今年是微軟成立50周年，微軟在量子計算領域已經研究了大約30年，現在有了物理學和制造技術上的突破，接下來要做的是構建第一臺容錯量子計算機。
他(ta)希望用量子(zi)計算(suan)機來取代一些(xie)高性能計算(suan)，并幫助我們應對這個星球上面臨的(de)所有挑(tiao)戰。
論文指路：arxiv.org/pdf/2502.12252
一、通往百萬量子比特的路徑：世界上第一個拓撲導體
量子(zi)世界遵循(xun)量子(zi)力學定(ding)(ding)律(lv)，這與(yu)我們所見世界的(de)物理定(ding)(ding)律(lv)不同。這些粒子(zi)被稱為量子(zi)比特，類似于計算機現在使用(yong)的(de)比特，即1和0。
量(liang)子比(bi)特非常敏感，極(ji)易受(shou)到來(lai)自環境的(de)(de)干擾和誤(wu)差(cha)的(de)(de)影響，從而導致它們(men)崩潰和信(xin)息丟(diu)失。它們(men)的(de)(de)狀態也會受(shou)到測量(liang)的(de)(de)影響，這造成了問題，因為測量(liang)對于計算至關重要(yao)。一(yi)個固有(you)挑戰是開發(fa)一(yi)個可以(yi)測量(liang)和控制的(de)(de)量(liang)子比(bi)特，同時提供保(bao)護(hu)以(yi)防(fang)止環境噪(zao)聲(sheng)破壞它們(men)。
量子比特可以通過不同的方式創建，每種方式都有優點和缺點。將近20年前，微軟決定采用一種獨特的方法：開發拓撲量子比特。
微軟(ruan)認為，這將提供更穩定的量子比特(te)，需要更少(shao)的糾(jiu)錯，從而釋放(fang)速度、尺(chi)寸和可控性優勢。
這種(zhong)方法(fa)的學習曲線很陡峭，需要(yao)未(wei)知(zhi)的科學和工(gong)程突破，但也是創建可擴展(zhan)和可控(kong)的量子比特、能夠完成(cheng)具(ju)有商(shang)業價值(zhi)的工(gong)作的最(zui)有希望的途徑。
它們在自然界中并不存在，只能通過磁場和超導體誘導而產生。開發合適的材料來制造奇異粒子及其相(xiang)關的(de)(de)(de)物質拓撲狀態的(de)(de)(de)難度(du)，是大(da)多數量子(zi)研究都(dou)集中(zhong)在其他類型的(de)(de)(de)量子(zi)比特上的(de)(de)(de)原因。
直到近期，微軟試圖使用的奇異粒子——馬約拉納粒子，才(cai)被(bei)人(ren)發(fa)現或(huo)制造出(chu)來。
這基于其團隊的最新重大成果：全球首個拓撲導體。
拓撲(pu)導體(ti)，又稱拓撲(pu)超(chao)導體(ti)，是一種特(te)殊的材料，可以創造一種全新(xin)的物質狀(zhuang)態——不是固體(ti)、液體(ti)或氣(qi)體(ti)，而是拓撲(pu)狀(zhuang)態。
利用這(zhe)種(zhong)狀態(tai)可以產生更穩定的量子(zi)比(bi)特(te)(te)。拓撲量子(zi)比(bi)特(te)(te)進(jin)展的精(jing)妙之處在于，它這(zhe)種(zhong)量子(zi)比(bi)特(te)(te)速度快、體積小(xiao)，并且可以數字控制，無需像目前的替代方案(an)那樣進(jin)行權衡，具有無可比(bi)擬(ni)的擴展能力(li)。
微軟在(zai)發表于Nature的一篇新論文(wen)中(zhong)概述(shu)了如何創建拓撲量子比特(te)的奇(qi)異量子特(te)性并準確測量它們，這(zhe)是實用計(ji)算的必(bi)要步驟。
論文鏈接：nature.com/articles/s41586-024-08445-2
這一突破需(xu)要(yao)開發一種(zhong)由(you)砷化銦（半導(dao)體(ti)）和鋁（超導(dao)體(ti)）制(zhi)成的(de)全新材料堆棧，其中大(da)部分都(dou)是微軟逐個原子(zi)設計和制(zhi)造的(de)。
其目標是誘導出名為(wei)馬約拉納(na)粒子(zi)(zi)的新量(liang)子(zi)(zi)粒子(zi)(zi)，并利用(yong)其獨特性質(zhi)進入量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算的下一個(ge)領域(yu)。
當(dang)冷卻(que)到接近絕對(dui)零度并用磁場調節時，這些(xie)設(she)備會(hui)形成拓撲(pu)超導納(na)米線(xian)（nanowire），導線(xian)末端(duan)具有馬約拉(la)納(na)零模式（MZM）。
近一個世紀(ji)以來，這些(xie)準粒(li)子只存在(zai)于教(jiao)科書(shu)中(zhong)。去年，微軟第一次觀(guan)察到馬約拉(la)納(na)粒(li)子。而現在(zai)，微軟可(ke)以根(gen)據需(xu)要，在(zai)拓撲導(dao)體中(zhong)創建(jian)和控制它們了(le)。
MZM是量子比(bi)特的(de)構(gou)建塊，通過(guo)“奇偶校驗(yan)”存儲量子信(xin)息(xi)——導(dao)線包(bao)含偶數(shu)還(huan)是奇數(shu)個(ge)電子。
在傳統(tong)超導體(ti)中，電(dian)子(zi)結(jie)合成(cheng)庫珀對并(bing)無阻力移動。任何未配對的電(dian)子(zi)都可以被(bei)檢測到，因為它(ta)的存(cun)在需(xu)要額(e)外的能量(liang)。
拓撲導體有(you)所不同(tong)：在這(zhe)里，一(yi)對MZM之(zhi)間共享一(yi)個未配(pei)對的電子，使其對環境不可見(jian)。這(zhe)種獨(du)特的屬性保護(hu)了量子信息。
雖(sui)然這使得拓撲導體成為量子(zi)(zi)比(bi)特的理想候選者(zhe)，但它也帶來了一個挑(tiao)戰：如(ru)何讀取隱藏得如(ru)此好的量子(zi)(zi)信息？如(ru)何區分1,000,000,000個電子(zi)(zi)和1,000,000,001個電子(zi)(zi)？
微軟對這一(yi)測量挑戰的的解決方案如下(xia)：
1、通(tong)過數字開關(guan)將(jiang)納(na)米(mi)線(xian)兩端耦合至量子(zi)點（儲存電荷的微型半導體結(jie)構(gou)）。
2、這種連接(jie)提高了(le)點保持電(dian)荷(he)的能力(li)。確切的增加(jia)取決(jue)于納(na)米(mi)線的奇偶校驗。
3、用(yong)微波測(ce)量(liang)這(zhe)種變(bian)化(hua)。量(liang)子(zi)點保持電荷(he)的(de)能力決定了微波如何從量(liang)子(zi)點反射。因此，它(ta)們會帶著(zhu)納(na)米線量(liang)子(zi)態(tai)的(de)印記返(fan)回。
微軟設計的設備足以實現在單次測量中可靠測量，最初測量誤差率為1%，并且已有明確路徑來(lai)顯著降低這一(yi)誤差。
▲讀取拓撲量子(zi)比特的(de)狀態(tai)
微(wei)軟的(de)系統(tong)表(biao)現出了令人印象深刻(ke)的(de)穩(wen)定性(xing)。外部能量(liang)（例如電(dian)磁(ci)輻射）可以破(po)壞庫珀對，產生不成對的(de)電(dian)子(zi)，從而將(jiang)量(liang)子(zi)比特的(de)狀態從偶數變為奇數。但其結果表(biao)明(ming)這(zhe)(zhe)種(zhong)情況很(hen)少見，平均每毫秒只發生一次(ci)。這(zhe)(zhe)表(biao)明(ming)包(bao)裹其處理器的(de)屏(ping)蔽層可以有效地阻擋此類(lei)輻射。微(wei)軟正(zheng)在探索進一步減(jian)少這(zhe)(zhe)種(zhong)情況的(de)方(fang)法(fa)。
量(liang)(liang)子(zi)計算需要(yao)設(she)計一種專門用(yong)于實現量(liang)(liang)子(zi)計算的新物(wu)質狀態。微軟的讀出(chu)技術已經非(fei)常精確(que)，這(zhe)表明其正在利用(yong)這(zhe)種奇異的物(wu)質狀態進行量(liang)(liang)子(zi)計算。
這(zhe)種(zhong)讀(du)出技術實現了從根本(ben)上不同(tong)的量子計算方法，其中使用測量來執行(xing)計算。
二、通過數字精度徹底改變量子控制，從物理學到工程學
傳統芯片(pian)用(yong)電子完(wan)成計算(suan)。Majorana 1芯片(pian)不使(shi)(shi)用(yong)電子，而(er)使(shi)(shi)用(yong)馬約拉納粒子進行(xing)計算(suan)，它是半個電子。
微軟不僅能夠(gou)創(chuang)建馬(ma)約拉納粒子，幫(bang)助(zhu)保護(hu)量子信息(xi)免受隨(sui)機(ji)干(gan)擾，而且還可以使用微波可靠地測量它們的信息(xi)。
世(shi)界上(shang)第一個(ge)為Majorana 1提供(gong)動(dong)力的拓撲核心(xin)在(zai)設計上(shang)是可靠的，在(zai)硬(ying)件層面(mian)融入了抗錯誤功能，使(shi)其更加穩定。
具有(you)(you)商業重(zhong)要性的(de)(de)應用，需對100萬量子比特進(jin)行(xing)數萬億次運算。而當前(qian)的(de)(de)方法依賴于對每個(ge)量子比特進(jin)行(xing)精細(xi)調整的(de)(de)模(mo)擬控制，這超(chao)出了現有(you)(you)方法的(de)(de)承受范圍。
傳統量子(zi)計算(suan)以(yi)精(jing)確(que)的角度旋轉量子(zi)態(tai)，需要為每(mei)個量子(zi)位(wei)定(ding)制復雜(za)的模擬控制信號。這使量子(zi)糾(jiu)錯 （QEC）變得(de)復雜(za)，因為量子(zi)糾(jiu)錯必須依(yi)靠這些(xie)同樣敏感的操作來檢測和糾(jiu)正錯誤(wu)。
馬約(yue)拉納粒子(zi)(zi)隱藏了量子(zi)(zi)信息，使其更(geng)加可(ke)靠，但也更(geng)難測(ce)量。微軟(ruan)團(tuan)隊的新測(ce)量方法非常(chang)精確，可(ke)以(yi)檢測(ce)到超導(dao)導(dao)線(xian)中十(shi)億個電子(zi)(zi)和十(shi)億個電子(zi)(zi)之間的差異——這告訴計算(suan)(suan)機量子(zi)(zi)比特處(chu)于什么狀態(tai)，并構成量子(zi)(zi)計算(suan)(suan)的基礎(chu)。
具體而言，微軟(ruan)基于(yu)測(ce)量的方法完全通過由連接(jie)和斷開量子(zi)點與納(na)米線的簡單數(shu)字脈(mo)沖激活的測(ce)量來執行誤差(cha)校正(zheng)。這種數(shu)字控制(zhi)，使得管理實(shi)際應(ying)用所(suo)需的大(da)量量子(zi)比(bi)特變得切實(shi)可行，重新定義并(bing)大(da)大(da)簡化了(le)量子(zi)計算(suan)的工作(zuo)原理。
測量(liang)可(ke)(ke)以(yi)通過(guo)(guo)電壓脈(mo)沖來開啟(qi)和關閉(bi)，就像輕按(an)電燈開關一樣，而(er)不必為每個單(dan)獨的量(liang)子比特微調刻度盤。這(zhe)種更簡單(dan)的測量(liang)方法(fa)可(ke)(ke)以(yi)實現數(shu)字控制，從而(er)簡化了量(liang)子計算過(guo)(guo)程和構建可(ke)(ke)擴展機器的物理要求。
微軟的(de)拓(tuo)撲量(liang)子(zi)比(bi)特(te)還因其尺寸而比(bi)其他量(liang)子(zi)比(bi)特(te)更具(ju)優勢(shi)。
據(ju)研究(jiu)人員(yuan)分享，即便(bian)是如此(ci)微小的(de)(de)量子(zi)(zi)比特，也存在一個“適中”區域，太(tai)小的(de)(de)量子(zi)(zi)比特很難運(yun)行(xing)控制線(xian)，而太(tai)大的(de)(de)量子(zi)(zi)比特則需要(yao)一臺巨(ju)大的(de)(de)機(ji)器。為這些類型的(de)(de)量子(zi)(zi)比特添加(jia)個性化控制技術將需要(yao)建(jian)造一臺不切實際的(de)(de)計算(suan)機(ji)，其大小相(xiang)當于一個飛機(ji)庫或足球場。
Majorana 1是微軟的(de)量子(zi)(zi)芯片，包(bao)含量子(zi)(zi)比特和周(zhou)圍的(de)控制(zhi)電子(zi)(zi)設(she)備(bei)，小到可以握在手掌中，并能整齊(qi)地裝(zhuang)入量子(zi)(zi)計算(suan)機(ji)中，而量子(zi)(zi)計算(suan)機(ji)可輕松部(bu)署(shu)在微軟Azure數據中心內(nei)。
目前Majorana 1已經擁有8個拓撲量子(zi)比特。
通過(guo)展示核心(xin)構建模(mo)塊(kuai)——在MZM中編碼(ma)、受拓撲保(bao)護并通過(guo)測量處理的量子信息(xi)，微軟稱他們(men)已準備(bei)好從物理突破轉向實際應用。
微軟(ruan)的拓撲量子比特架構將鋁納米線連接在(zai)(zai)一起形成一個 H。每個H有4個可控(kong)的馬約拉納粒子，構成一個量子比特。這些H也(ye)可以連接起來，像許多瓷磚一樣分布在(zai)(zai)芯片上。
下一步是圍繞單量子比特設備（稱為 Tetron）構建可擴展架構。在Station Q會(hui)議上，微(wei)軟分(fen)享了(le)演示此量(liang)子比特基本(ben)操(cao)(cao)作的數據。一(yi)項基本(ben)操(cao)(cao)作（測量(liang)Tetron中(zhong)拓(tuo)撲納米(mi)線之(zhi)一(yi)的奇偶性）使用了(le)微(wei)軟在Nature論文中(zhong)描述的相同(tong)技術。
▲實(shi)現容錯量子計算的(de)路線(xian)圖(tu)
圖中第(di)一幅(fu)圖展示了一個單量子比(bi)特設備。tetron由兩條(tiao)平(ping)行拓撲線（藍(lan)色）組成，兩端各有(you)一個MZM（橙色點），由一條(tiao)垂(chui)直(zhi)的平(ping)凡(fan)超(chao)導(dao)導(dao)線（淺藍(lan)色）連接。
第(di)二(er)幅圖展示(shi)了一個(ge)(ge)(ge)支(zhi)持基(ji)于測(ce)量的(de)(de)編織轉(zhuan)換的(de)(de)雙量子(zi)(zi)比特(te)設備。第(di)三幅圖顯示(shi)了一個(ge)(ge)(ge)4×2 tetron陣列(lie)，支(zhi)持在兩個(ge)(ge)(ge)邏輯量子(zi)(zi)比特(te)上進行(xing)量子(zi)(zi)錯誤(wu)檢(jian)測(ce)演示(shi)。這些演示(shi)建立在量子(zi)(zi)糾錯的(de)(de)基(ji)礎(chu)上，如右圖所示(shi)的(de)(de)設備（27×13 tetron陣列(lie)）。
另一個關鍵操作是將量子比特置于奇偶校驗態的疊加中。這也是通過對量子點進行微波反射測量來實現的，但測量配置不同，微軟將第一個量子點與納米線分離，并將另一個點連接到設備一端的兩條納米線上。通過執行這兩個正交的泡利測量Z和X，微軟展示了基于測量的控制，這是開啟(qi)其路線(xian)圖下一步的關鍵里程(cheng)碑(bei)。
微軟路線圖現在系統地指向可擴展的QEC。下一(yi)步將涉(she)及4×2四量(liang)子(zi)(zi)陣(zhen)列。他們將首(shou)先使用一(yi)個(ge)雙量(liang)子(zi)(zi)比特子(zi)(zi)集來演(yan)示糾(jiu)纏和基于測量(liang)的編織(zhi)變(bian)換，然后將使用整個(ge)8量(liang)子(zi)(zi)比特陣(zhen)列在2個(ge)邏輯量(liang)子(zi)(zi)比特上(shang)實現量(liang)子(zi)(zi)誤差檢測。
拓撲量子比特的內置錯誤保護簡化了QEC。此外，與之前的先進方法相比，其自定義QEC代碼將開銷減少到大約1/10。
這種大幅減少意味著其可(ke)擴展系統可(ke)以用更少的物理量子比特構建，并有(you)可(ke)能以更快的時鐘速度運行。
量子芯片不能單獨工作。它存在于一個生態系統中。這個生態系統具有控制邏輯、一個將量子比特保持在比外太空低得多的溫度的稀釋制冷機，還有(you)一(yi)個可以與(yu)AI和傳統計算機集成的(de)軟件棧(zhan)。所有(you)這些部件都是完(wan)全在內部構(gou)建或(huo)修改的(de)。
繼續完善(shan)這些(xie)流程(cheng)并讓(rang)所有元素以更快的(de)(de)規模(mo)協同工作(zuo)將需(xu)要更多(duo)年的(de)(de)工程(cheng)工作(zuo)。但(dan)微(wei)軟稱，許(xu)多(duo)艱難的(de)(de)科學和工程(cheng)挑(tiao)戰現在已(yi)經得到解決(jue)。
三、已進入DAPRA嚴格基準測試最終階段
除了制造自己的量子硬件之外，微軟還與Quantinuum和Atom Computing合作，利(li)用(yong)當今的(de)量(liang)子(zi)比特取得科(ke)學和工程突破，包(bao)括去年宣布推(tui)出(chu)業界首(shou)臺可(ke)靠的(de)量(liang)子(zi)計算機(ji)。
這些(xie)類型的(de)(de)機器為開(kai)發(fa)量子(zi)(zi)技(ji)能、構(gou)建混合應用程序和推動新(xin)發(fa)現提(ti)供了重要的(de)(de)機會，特別(bie)是(shi)當(dang)AI與由大量可靠量子(zi)(zi)比特驅動的(de)(de)新(xin)量子(zi)(zi)系統相結(jie)合時。
如今，Azure Quantum提供了一套(tao)集成解決(jue)方案，使客戶能夠利(li)用Azure中領(ling)先的AI、高性能計算和量(liang)子平臺(tai)來推(tui)進科學發現。
美國DARPA已選(xuan)定微軟(ruan)作(zuo)為兩家進入其(qi)嚴格基準(zhun)測試(shi)計(ji)劃(hua)最終階段的(de)公司之一，該計(ji)劃(hua)名為實用(yong)級量(liang)(liang)子計(ji)算未開發系統（US2QC），是(shi)DARPA大(da)型量(liang)(liang)子基準(zhun)測試(shi)計(ji)劃(hua)（QBI）的(de)組成部分(fen)之一。微軟(ruan)認(ren)為這是(shi)對其(qi)構建具有拓撲量(liang)(liang)子比特容錯量(liang)(liang)子計(ji)算機路線圖的(de)認(ren)可。
DARPA的(de)US2QC計(ji)(ji)劃及其更廣泛(fan)的(de)量(liang)(liang)子(zi)基準測(ce)試(shi)計(ji)(ji)劃代表了一種嚴(yan)格(ge)的(de)方法來(lai)評估量(liang)(liang)子(zi)系統(tong)，這些系統(tong)可以解決(jue)超出傳統(tong)計(ji)(ji)算機能力(li)的(de)問題。
此前(qian)，DARPA評(ping)估(gu)微軟(ruan)可以在合(he)理(li)的(de)(de)時間內構建出實(shi)用級量子計算(suan)機，因(yin)此選擇了微軟(ruan)進行早期階段(duan)的(de)(de)研究。隨后，DARPA評(ping)估(gu)了微軟(ruan)量子團隊的(de)(de)容錯量子計算(suan)機架構設計和工程計劃。經仔細分析，DARPA和微軟(ruan)簽(qian)署了一(yi)項協議，開始該項目的(de)(de)最后階段(duan)。
在此階段，微軟計劃在數年內（而不是數十年(nian)內）構建基(ji)于拓撲(pu)量(liang)子位的(de)容錯原(yuan)型，這(zhe)是邁向實用(yong)級量(liang)子計算的(de)關(guan)鍵加速步驟(zou)。
這(zhe)將實現一(yi)種能提供100萬個或(huo)更(geng)多量子(zi)比特并實現數萬億(yi)次快速可靠操作(zuo)的量子(zi)架構(gou)。
它們可以(yi)(yi)使用量(liang)子(zi)力學(xue)以(yi)(yi)驚人的(de)(de)精度在數(shu)學(xue)上描繪自(zi)然(ran)界的(de)(de)行為方(fang)式(shi)，從化學(xue)反應到分(fen)子(zi)相互作用和酶能量(liang)。
百(bai)萬級量子(zi)比(bi)特機器應該能夠解決化學(xue)、材料科(ke)學(xue)和(he)其他行業中某(mou)些類型的問題，而這些問題是當今(jin)的傳統計算機無法準確計算的。
例如，它們可(ke)以幫助(zhu)解(jie)決材料為何(he)會遭受腐蝕或(huo)開裂(lie)的(de)化學難題(ti)。這可(ke)能導致自(zi)修復(fu)材料出現(xian)，用(yong)于修復(fu)橋梁或(huo)飛(fei)機部件的(de)裂(lie)縫(feng)、破碎的(de)手機屏幕或(huo)刮傷的(de)車門。
由于塑料(liao)種(zhong)類繁多，目(mu)前還無法(fa)找到一種(zhong)可以(yi)分(fen)解(jie)塑料(liao)的萬(wan)能催化(hua)劑(ji)——這對于清理微塑料(liao)或(huo)解(jie)決碳(tan)污(wu)染尤(you)為重(zhong)要。量子計算可以(yi)計算此類催化(hua)劑(ji)的性質，將污(wu)染物分(fen)解(jie)成有價(jia)值(zhi)的副產品或(huo)首先開發無毒替代(dai)品。
酶(mei)是一種(zhong)生(sheng)物催化劑(ji)，由于只有(you)量子(zi)計算(suan)才能提供對(dui)其行為的(de)精確計算(suan)，酶(mei)可以更有(you)效地應(ying)用于醫療保健和(he)農業。這可能會帶(dai)來突破性進(jin)展(zhan)，幫助消(xiao)除全(quan)球饑餓(e)：提高土壤肥力以提高產量或促(cu)進(jin)惡劣氣(qi)候條件下糧食(shi)的(de)可持續生(sheng)長。
研究人員說(shuo)，讓(rang)材(cai)料正確堆疊以(yi)產生物(wu)質的(de)拓撲狀態是最困難的(de)部分(fen)之一。微軟的(de)拓撲導體(ti)不是由硅制(zhi)成(cheng)，而是由砷化(hua)銦制(zhi)成(cheng)，這種(zhong)材(cai)料目前用于紅(hong)外(wai)探(tan)測(ce)器等(deng)應用，具有(you)特殊性(xing)質。半導體(ti)與超導性(xing)相結(jie)合，形成(cheng)了一種(zhong)混(hun)合物(wu)。
理解這些材料非常困難，有了可(ke)擴展的(de)量子計算(suan)機，人們將能夠預測具有更(geng)好(hao)性能的(de)材料，進(jin)而(er)能夠構建下一代超越規(gui)模的(de)量子計算(suan)機。
最重要的(de)是，量(liang)子(zi)計(ji)算可以讓工程師(shi)、科學家、公司和其他人員第一次(ci)就設計(ji)出正確(que)的(de)產品(pin)(pin)——這將(jiang)為從(cong)醫療健康(kang)到產品(pin)(pin)開(kai)發等(deng)各個領域帶來(lai)變(bian)革。
量子計算的強大功能與AI工具相結合，可以讓人(ren)們(men)用通俗易懂(dong)的語言(yan)描述(shu)他們(men)想要創造什(shen)么樣的新材料(liao)或分子，并(bing)立即得到可行(xing)的答案——無需猜測或多(duo)年的反復試驗。
“任何制造任何東(dong)西(xi)的公司(si)都可(ke)以在第(di)一次就(jiu)(jiu)設計出完美的產品。它會給你答案，”微(wei)軟技術研究員說，“量(liang)子計算機教會AI自然語言，這樣AI就(jiu)(jiu)可(ke)以告(gao)訴(su)你想要制造什么的配方(fang)。”
結語：百萬量子比特開啟未來之門，將推動材料科學革新
18個月前，微軟制定了(le)(le)量子超(chao)算路(lu)線圖。今天，微軟已經(jing)實現第二階(jie)段(duan)的目標——展(zhan)示(shi)了(le)(le)世(shi)界上第一個拓(tuo)撲量子比(bi)特(te)。微軟已經(jing)在(zai)一顆設計為容納100萬個量子比(bi)特(te)的芯片上集成(cheng)了(le)(le)8個拓(tuo)撲量子比(bi)特(te)。
百萬量子比特的(de)量子計算機不(bu)僅僅是(shi)一個里程碑，更是(shi)解決(jue)世界上一些最(zui)困難問題的(de)途徑(jing)。
即使是(shi)當今最強大的(de)(de)超(chao)級(ji)計算機，也(ye)無(wu)法準確預測決定未來必不可(ke)少的(de)(de)材料特(te)性的(de)(de)量子(zi)(zi)過程(cheng)。但這種規模的(de)(de)量子(zi)(zi)計算可(ke)以帶來創新，例如修復橋梁(liang)裂縫的(de)(de)自(zi)修復材料、可(ke)持(chi)續農業和更安全的(de)(de)化學發現。
今天需要耗(hao)資數十億(yi)美(mei)元進(jin)行(xing)的詳盡實驗探索(suo)，可以用量子計算機(ji)取而代之(zhi)。
微軟通往(wang)實用量子計(ji)算的路徑很清晰，基(ji)礎技術已(yi)得(de)到驗證。微軟相信其架構(gou)是可擴展的，他(ta)們正不懈朝著(zhu)目(mu)標前進——建造(zao)一臺能夠推動科學(xue)發現并解決重要問題的量子機(ji)器。
我們正(zheng)處于量子時代的開(kai)端，而Majorana 1只是個開(kai)始。
來源：微(wei)軟
