微軟豪賭一顆芯片

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微軟對新型量子計算設計的追求引發了廣泛關注。其最新研究重點關注一種特殊的亞原子實體，這種實體可以爲曾經被視爲不可能完成的任務提供更快、更可靠的計算能力。

“經過17年的努力，我們展示的成果不僅令人難以置信，而且是真實的。它們將從根本上重新定義量子計算的下一階段如何展開，”微軟該部門負責人祖爾菲·阿拉姆（Zulfi Alam ）生動地描述了這項工作。

意大利物理學家埃託雷·馬約拉納於1937年首次提出了馬約拉納費米子，強調了一種自身就是反粒子的粒子。

由於這一概念具有增強量子硬件抗噪聲能力的潛力，科學家們幾十年來一直在追尋這一概念。

微軟的新芯片 Majorana 1利用這些難以捉摸的粒子來穩定量子比特，即量子信息的基本單位。

這標誌着基於電子的常見量子設計的轉變。

微軟的工程師聲稱他們已經研製出世界上第一個拓撲導體，這是一種同時具有超導體特性的半導體。

這種材料可以更有效地操縱馬約拉納費米子，可能抑制數據損壞。

通過在這個初始芯片上封裝八個拓撲量子位，該團隊希望降低阻礙當今量子設備的錯誤率。

開發人員預計將其擴展到一百萬個量子比特，這可能會打破藥物發現和複雜材料設計等領域的障礙。

當信號因環境干擾而變得混亂時，量子硬件就會陷入困境。

Majorana 1的設計目的是通過以所謂的拓撲超導模式排列量子位來減輕這些影響，從而偏轉常見的干擾。

這一策略旨在讓科學家在不犧牲速度的情況下獲得更好的讀數。

“我們將不再需要進行實驗。你可以想象這樣一個世界：科學家可以計算他們想要的材料，而且他們的計算精度非常高，以至於第一次就能計算正確。”阿拉姆解釋道。

微軟官員預見到未來機器可以非常精確地模擬化學反應，從而不再需要實驗室實驗。

微軟與DARPA（國防高級研究計劃局）達成的協議可能會加速大規模容錯原型的開發。

工程師們認爲，拓撲設置可以避開通常的增量方法，並在短短几年內實現穩定運行。

研究人員還暗示，這些拓撲量子比特或許能夠實現新的加密方法。它們的糾錯能力可以增強數據安全性，同時保留量子並行性的優勢。

該芯片的功能取決於由三個量子點和一條特殊納米線組成的干涉裝置。

通過調整磁場和柵極電壓，研究人員創建了一個環路，其中可以利用量子電容位移實時測量費米子宇稱（一種量子態特徵） 。

實際上，他們觀察到了與毫秒級奇偶校驗變化相對應的信號切換，這表明系統保持穩定的時間足夠長，可以進行有意義的量子操作。

該團隊在不到90微秒的時間內實現了5.01的信噪比，這是支持芯片可靠性的奇偶校驗檢測的一個里程碑。

微軟官員表示：“它將解決目前全球計算能力無法解決的問題。”

微軟的領導層表示，這些機器可以解決醫療保健和清潔能源等領域的棘手問題。

隨着基礎的穩定，外部合作者可能會開始測試只能在量子設備上有效運行的算法。

這爲各個學科的科學家打開了大門，使他們無需專門的硬件或鉅額預算即可利用量子模擬。

該領域的懷疑論者繼續質疑微軟的信號是否真正反映了馬約拉納零模式，還是巧妙調整的模仿它們的低能狀態。

實驗裝置顯示出有希望的雙峰信號和長停留時間，但一些研究人員指出，在特定條件下，安德烈夫束縛態可能會出現類似的結果。

爲了解決這個問題，微軟團隊使用不同的模型進行了模擬，並在多臺設備上交叉檢查了結果。

然而，論文承認，如果沒有進一步驗證，他們的數據就無法明確證明拓撲狀態的存在。

但這並沒有阻止行業觀察家們將這項工作稱爲迄今爲止基於測量的拓撲量子比特的最有力案例。

實用量子計算仍在發展中，迄今爲止還沒有任何系統能夠處理極端規模的日常任務。

硬件改進必須解決一致性限制、芯片製造障礙和現實世界的部署挑戰。

然而，設計馬約拉納1所表現出的堅持暗示着商業量子解決方案正在逐漸接近。

《自然》雜誌最近發表的同行評審結果通過測量數據支持了這些說法，但專家指出還需要更多的論證。

微軟專注於基於馬約拉納的量子比特，這使其有別於追求其他量子方法的競爭對手。

分析人士表示，如果這種架構能夠滿足其可靠性承諾，它可能會重塑科學家日常需要處理的問題。

行業觀察人士預計，拓撲導體材料的實用性將引發激烈的爭論。每一次突破都會引發關於成本、可擴展性和大規模應用準備度的新問題。

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