微軟的研究人員宣布在以異國情調存儲信息的設備中創建第一個“拓撲量子位”，這可能是一個重大突破。
與此同時，研究人員還發表了《自然》雜誌上的一篇論文和一個“路線圖” 進行進一步的工作。Majorana 1 處理器的設計預計可容納一百萬個量子位，這可能足以實現量子計算的許多重要目標，例如破解密碼以及更快地設計新藥物和材料。
如果微軟的說法屬實，該公司可能會超越 IBM 和谷歌等競爭對手，後者目前似乎處於領先地位。領先比賽建立一個。
然而，經過同行評審的《自然》論文僅展示了研究人員聲稱的部分內容，路線圖仍然包含許多需要克服的障礙。
雖然微軟的新聞稿展示了一些被認為是量子計算硬件的東西，但我們沒有任何關於它可以做什麼的獨立確認。儘管如此，來自微軟的消息還是非常有希望的。
現在您可能有一些疑問。什麼是拓撲量子位？就此而言，量子位到底是什麼？為什麼人們想要首先？
量子位很難構建
量子計算機最初是在 20 世紀 80 年代提出的。普通計算機以比特存儲信息，而量子計算機以量子比特（或稱量子比特）存儲信息。
普通位的值可以為 0 或 1，但量子位（由於量子力學定律控制著非常小的粒子）可以具有兩者的組合。
如果將普通位想像為可以指向上或下的箭頭，那麼量子位就是可以指向任何方向的箭頭（或所謂的上下“疊加”）。
這意味著對於某些類型的計算，量子計算機將比普通計算機快得多，特別是與解開代碼和模擬自然系統有關的計算。
到目前為止，一切都很好。但事實證明，構建真正的量子位並從其中獲取信息極其困難，因為與外界的相互作用可能會破壞內部微妙的量子態。
研究人員嘗試了許多不同的技術來製造量子位，利用電場中的原子或超導體中的電流渦流等技術。
細小的電線和奇異的顆粒
微軟採取了一種非常不同的方法來構建其“拓撲量子位”。他們使用了所謂的馬約拉納粒子，該粒子於 1937 年由意大利物理學家埃托雷·馬約拉納首次理論化。
馬約拉納粒子不是電子或質子等自然存在的粒子。相反，它們只存在於一種稱為拓撲的稀有材料中（這需要先進的材料設計，並且必須冷卻到極低的溫度）。
事實上，馬約拉納粒子是如此奇特，它們通常只在大學中研究，而不用於實際應用。
微軟團隊表示，他們使用了一對細導線來充當量子位，每根細導線的兩端都捕獲了一個馬約拉納粒子。他們使用微波測量量子位的值（通過電子是否位於一根導線或另一根導線中來表示）。
編織鑽頭
為什麼微軟要付出如此多的努力？因為通過交換馬約拉納粒子的位置（或以某種方式測量它們），它們可以被“編織”起來，這樣它們就可以被無誤差地測量並且抵抗外界干擾。 （這是“拓撲量子位”的“拓撲”部分。）
理論上，使用馬約拉納粒子製造的量子計算機可以完全避免困擾其他設計的量子位錯誤。
這就是為什麼微軟選擇了這種看似費力的做法。其他技術更容易出錯，並且可能需要將數百個物理量子位組合在一起才能產生單個可靠的“邏輯量子位”。
相反，微軟投入了時間和資源來開發基於馬約拉納的量子位。雖然他們是大型量子派對遲到了，他們希望自己能夠快點趕上。
總有一個陷阱
一如既往，如果某件事聽起來好得令人難以置信，那就有一個問題。即使對於基於馬約拉納的量子計算機（例如微軟宣布的量子計算機），一項稱為 T 門的操作也無法在沒有錯誤的情況下實現。
因此，基於馬約拉納的量子芯片只是“幾乎沒有錯誤”。然而，T 門錯誤的糾正比其他量子平台的一般錯誤糾正要簡單得多。
現在怎麼辦？微軟將努力推進其路線圖，穩步構建越來越大的量子位集合。
科學界將密切關注微軟的量子計算處理器如何運行，以及它們與其他已經建立的量子計算處理器相比的表現如何。
與此同時，全球各地的大學將繼續對馬約拉納粒子奇異而晦澀的行為進行研究。
