週三,微軟釋出了Majorana 1,這是一款由拓撲超導體驅動的量子晶片。
這一突破性進展詳述於科學期刊《自然》。它使用一種名為拓撲導體的定製材料來建立和控制馬約拿粒子,有望將量子計算擴充套件到解決之前無法解決的問題。
本質上,拓撲導體是一種半導體,既可以導電,又可以像超導體一樣幾乎無損耗地導電,通常需要極低溫度。
製造這種材料需要原子工程精度和將溫度降至零下400度,但微軟強調,考慮到所有的好處,這種努力的複雜性和昂貴性是值得的。
"有了這種材料,我們可以為我們的量子計算機建立一個全新的基礎架構,一個拓撲核心,讓我們能夠擴充套件到不是數十或數百個量子位元,而是數百萬個量子位元,全部裝在你手掌之中,"微軟技術專家Krysta Svore在一段公司影片中說。
這個專案是微軟歷史上持續時間最長的,始於比爾·蓋茨擔任CEO時期。
一臺由可控量子位元組成的百萬量子位元的量子計算機,可以解決當今最強大超級計算機無法解決的問題。
這包括設計自愈材料、創造分解微塑膠的催化劑、開發在惡劣氣候下提高食品產量的酶,或暴露比特幣私鑰。
"想象一下,一個能裝進手掌的晶片,卻能解決即使地球上所有計算機加起來也無法解決的問題,"微軟CEO薩蒂亞·納德拉在宣佈後不久在推特上寫道。"這不是炒作技術,而是建立真正服務於世界的技術。"
目前的晶片版本包含8個拓撲量子位元,但微軟聲稱這種架構可以擴充套件到單個掌上大小的晶片上擁有100萬個量子位元。
這將打破當前量子計算的侷限性。
"Majorana是世界上第一個由拓撲核心驅動的量子處理器,旨在擴充套件到單個晶片上擁有100萬個量子位元,"微軟量子硬體部門副總裁Chetan Nayak說。"微軟正在朝著建立可擴充套件的容錯量子計算機的目標穩步前進,這不是幾十年後的事,而是幾年內就能實現。"
這款晶片的工作原理是在由砷化銦和鋁製成的特殊材料中誘匯出神奇的馬約拿粒子。
當冷卻到接近絕對零度並用磁場調節時,這種材料進入拓撲超導狀態——既不是固體、液體,也不是氣體,而是一種根本不同的狀態。
微軟聲稱,Majorana專案是在解決量子位元不可預測性這一關鍵挑戰方面取得的突破。
"Majorana 1讓我們能夠創造一個拓撲量子位元。拓撲量子位元是可靠的、小巧的和可控的。這解決了導致量子比特出錯的噪音問題,"Svore說。"這個晶片上的每一個原子都是有目的地放置的。它是從頭開始構建的,是一種全新的物質狀態。"
科學家們在過去十年裡一直在逐步接近這一目標。
與其他量子計算方法不同,微軟的拓撲量子位元天生就能抵禦通常會擾亂量子態的環境噪音。
這家軟體和技術巨頭聲稱,其新的測量技術具有足夠的靈敏度,可以檢測電子計數的微小變化,這是可靠讀取量子位元狀態的關鍵因素。
該公司的方法引起了國防高階研究計劃局(DARPA)的關注,DARPA將微軟列入其計劃,以評估創新的量子技術是否能比傳統認為可能的更快地構建商業相關係統。
微軟的方法與谷歌和IBM等競爭對手使用的不同量子位元技術有很大不同,它聲稱其架構透過使用類似於翻轉開關的電壓脈衝,而不是為每個量子位元精細調整模擬控制,從而簡化了控制要求。
Majorana 1晶片被設計用於在Azure資料中心內執行的量子系統。
微軟計劃透過研究合作進一步完善這項技術,然後再將其商業化。
