周三,微软发布了Majorana 1,这是一款由拓扑超导体驱动的量子芯片。
这一突破性进展在科学杂志《自然》上有详细报道,使用了一种名为拓扑导体的定制材料来创建和控制马约拿粒子,有望将量子计算扩展到解决之前无法解决的问题。
本质上,拓扑导体是一种半导体,既可以导电,又可以像超导体一样几乎无损耗地传导电流,通常需要极低温。
制造这种材料需要原子工程精度和将温度降至零下400度,但微软强调,考虑到所有的好处,这种复杂性和昂贵性是值得的。
"有了这种材料,我们可以为量子计算机建立一个全新的基础架构,一个拓扑核心,让我们能够在一个芯片上扩展到不是数十或数百个量子比特,而是数百万个,都装在你手掌之中,"微软技术专家克里斯塔·斯沃尔在一段公司视频中说。
这个项目是微软历史上最长运行的项目,始于比尔·盖茨担任CEO时期。
在马约拿架构下,一台百万量子比特的量子计算机可以解决当今最强大超级计算机无法解决的问题。
这包括设计自愈材料、创造分解微塑料的催化剂、开发在恶劣气候下提高食品产量的酶,或暴露比特币私钥。
"想象一下,一个能装在手掌中的芯片,却能解决即使地球上所有计算机加起来也无法解决的问题,"微软CEO萨蒂亚·纳德拉在宣布后不久在推特上写道。"这不是炒作技术,而是建立真正服务于世界的技术。"
目前的芯片版本包含8个拓扑量子比特,但微软声称这种架构可以扩展到单个掌上大小的芯片上拥有100万个量子比特。
这将突破当前量子计算的局限性。
"马约拿是世界上第一个由拓扑核心驱动的量子处理器,旨在扩展到单个芯片上拥有100万个量子比特,"微软量子硬件部门副总裁切坦·纳亚克说。"微软正在朝着建立可扩展的容错量子计算机的目标稳步前进,这不是几十年后的事,而是几年内就能实现。"
这款芯片的工作原理是在由砷化铟和铝制成的特殊材料中诱导出奇异的马约拿粒子。
当这种材料冷却到接近绝对零度并受到磁场调节时,它进入拓扑超导状态——既不是固体、液体,也不是气体,而是一种根本不同的状态。
微软声称,马约拿项目是在减少量子比特不可预测性方面取得的突破,这是量子计算面临的关键挑战之一。
"马约拿1号让我们能够创造一个拓扑量子比特。拓扑量子比特是可靠的、小巧的、可控的。这解决了导致量子比特出错的噪音问题,"斯沃尔说。"这个芯片上的每一个原子都是有目的地放置的。它是从头开始构建的,是一种全新的物质状态。"
科学家们在过去十年里一直在逐步接近这一目标。
与其他量子计算方法不同,微软的拓扑量子比特天生就能抵御破坏量子态的环境噪音。
这家软件和技术巨头声称,其新的测量技术具有足够的灵敏度,可以检测电子计数的微小变化,这是可靠读取量子比特状态的关键因素。
该公司的方法引起了国防高级研究计划局(DARPA)的关注,DARPA将微软列入其计划,以评估创新的量子技术是否能比传统方法更快地建立商业相关系统。
微软是DARPA"未开发系统用于实用规模量子计算"计划最终阶段获邀的两家公司之一。
微软的方法与谷歌和IBM等竞争对手使用的不同量子比特技术有很大不同,它声称其架构通过使用类似于翻转开关的电压脉冲来简化控制要求,而不是为每个量子比特使用精细调整的模拟控制。
马约拿1号芯片被设计用于装配在一个能在Azure数据中心内运行的量子系统中。
微软计划通过研究合作继续完善这项技术,然后再将其商业化。
