速递丨马约拉纳粒子之谜终被破解，微软20年磨一剑引领量子革命
速递丨马约拉纳粒子之谜终被破解，微软20年磨一剑引领量子革命
图片来源：Unsplash
微软宣布，经过二十年的不懈探索，它已成功利用一种新型物质状态，构建了量子计算机的基础模块。这一成就标志着微软在量子物理前沿领域取得了重大突破，尽管此前许多量子领域的专家对此持怀疑态度。
这家美国科技巨头坚信，这一进展将使其在十年内实现实用量子计算机的构建，并有望在该领域实现跨越式发展。这一声明为创造新型先进计算技术的竞赛增添了新的变数，这场竞赛已吸引了美国多家顶尖科技公司，并成为中美科技领导权之争的核心。
微软的突破性成果源于对一种构成第四种物质状态的粒子的长期研究，这种状态与固体、液体和气体截然不同。这种被称为马约拉纳费米子的粒子在1937年首次被理论化，但科学家们一直难以证实其存在。
微软首席执行官萨提亚·纳德拉在八年前曾表示，该公司在该技术上的研究使其站在了“量子革命”的门槛上。然而，直到2022年，微软的科学家们才成功记录到他们认为是由这些粒子引起的效应。
微软表示，它已成功建造了首个使用马约拉纳粒子的处理器，命名为Majorana 1，该处理器基于八个拓扑量子比特。美国科技集团在决定这些理论粒子提供了克服建造实用量子机器最大障碍的最佳途径后，将赌注押在了它们身上。传统计算机中的比特表示1或0，而量子计算机中使用的量子比特能够同时表示两者或介于两者之间的任何状态。
然而，大多数类型的量子比特只能保持其量子状态极短的时间，这意味着它们所持有的任何信息都会迅速丢失。为了弥补这一点，完全功能的量子计算机将需要许多额外的量子比特来运行纠正错误所需的软件。
相比之下，微软一直试图使用马约拉纳粒子制造的所谓拓扑量子比特更抗错。马里兰大学物理学教授桑卡尔·达斯·萨尔马表示，信息保存在整个量子比特中，这意味着即使部分失效，拓扑量子比特作为一个整体仍应保留足够的信息以使其有用。
微软战略任务和技术执行副总裁杰森·赞德表示，这种更高的稳定性意味着微软可能只需要大约100个额外的量子比特来纠正每个完全运行的量子比特的错误。这大约是其他材料制造的量子比特机器所需数量的十分之一。
达斯·萨尔马表示，微软发布的最新数据，包括周三发表在《自然》杂志上的一篇论文，代表了在创造可行的拓扑量子比特方面取得的重大突破。然而，他表示，仍有一小部分可能性，公司的发现可能被其他因素解释，而不是成功利用了这些难以捉摸的粒子。
微软长期的研究努力一直受到制造能够产生和控制这些粒子的组件的问题困扰。该公司在2018年与多所大学联合发表的研究声称观察到了这些粒子，但在承认数据不一致后撤回了论文。
在最新声明之前，一位长期投资量子计算的人士将其雄心勃勃的研究比作追求冷聚变，即在室温下产生核反应的努力，这已成为科学过度承诺的代名词。
就在几周前，英伟达首席执行官黄仁勋预测，实用的量子计算机还需要20年才能问世——这比该领域的公司声称的时间要长得多。
作为美国官方对这一雄心勃勃技术兴趣的一个迹象，负责开发先进技术的美国国防部机构Darpa本月选择微软尝试证明其可以建造一台大规模量子计算机。
美国初创公司PsiQuantum是Darpa选择的另一家公司，它使用基于光子的量子比特，并于去年宣布了一项在澳大利亚建造全面量子系统的6.2亿美元项目。
除了支持其掌握马约拉纳粒子的最新研究和数据外，微软表示，它已经使用该技术建造了第一个处理器。
名为Majorana 1的芯片基于八个拓扑量子比特。该公司表示，每个组件的微小尺寸意味着最终能够在每个芯片上压缩多达100万个量子比特，从而创建一台全面量子计算机。