微软的研究人员宣布在以异国情调存储信息的设备中创建第一个“拓扑量子位”，这可能是一个重大突破。
与此同时，研究人员还发表了《自然》杂志上的一篇论文和一个“路线图” 进行进一步的工作。Majorana 1 处理器的设计预计可容纳一百万个量子位，这可能足以实现量子计算的许多重要目标，例如破解密码以及更快地设计新药物和材料。
如果微软的说法属实，该公司可能会超越 IBM 和谷歌等竞争对手，后者目前似乎处于领先地位。领先比赛建立一个。
然而，经过同行评审的《自然》论文仅展示了研究人员声称的部分内容，路线图仍然包含许多需要克服的障碍。
虽然微软的新闻稿展示了一些被认为是量子计算硬件的东西，但我们没有任何关于它可以做什么的独立确认。尽管如此，来自微软的消息还是非常有希望的。
现在您可能有一些疑问。什么是拓扑量子位？就此而言，量子位到底是什么？为什么人们想要首先？
量子位很难构建
量子计算机最初是在 20 世纪 80 年代提出的。普通计算机以比特存储信息，而量子计算机以量子比特（或称量子比特）存储信息。
普通位可以具有 0 或 1 的值，但量子位（得益于控制非常小的粒子的量子力学定律）可以具有两者的组合。
如果将普通位想象为可以指向上或下的箭头，那么量子位就是可以指向任何方向的箭头（或所谓的上下“叠加”）。
这意味着对于某些类型的计算，量子计算机将比普通计算机快得多，特别是与解开代码和模拟自然系统有关的计算。
到目前为止，一切都很好。但事实证明，构建真正的量子位并从其中获取信息极其困难，因为与外界的相互作用可能会破坏内部微妙的量子态。
研究人员尝试了许多不同的技术来制造量子位，利用电场中的原子或超导体中的电流涡流等技术。
细小的电线和奇异的颗粒
微软采取了一种非常不同的方法来构建其“拓扑量子位”。他们使用了所谓的马约拉纳粒子，该粒子于 1937 年由意大利物理学家埃托雷·马约拉纳首次理论化。
马约拉纳粒子不是电子或质子等自然存在的粒子。相反，它们只存在于一种称为拓扑的稀有材料中（这需要先进的材料设计，并且必须冷却到极低的温度）。
事实上，马约拉纳粒子是如此奇特，它们通常只在大学中研究，而不用于实际应用。
微软团队表示，他们使用了一对细导线来充当量子位，每根细导线的两端都捕获了一个马约拉纳粒子。他们使用微波测量量子位的值（通过电子是否位于一根导线或另一根导线中来表示）。
编织钻头
为什么微软要付出如此多的努力？因为通过交换马约拉纳粒子的位置（或以某种方式测量它们），它们可以被“编织”起来，这样它们就可以被无误差地测量并且抵抗外界干扰。 （这是“拓扑量子位”的“拓扑”部分。）
理论上，使用马约拉纳粒子制造的量子计算机可以完全避免困扰其他设计的量子位错误。
这就是为什么微软选择了这种看似费力的做法。其他技术更容易出错，并且可能需要将数百个物理量子位组合在一起才能产生单个可靠的“逻辑量子位”。
相反，微软投入了时间和资源来开发基于马约拉纳的量子位。虽然他们是大型量子派对迟到了，他们希望自己能够快点赶上。
总有一个陷阱
一如既往，如果某件事听起来好得令人难以置信，那就有一个问题。即使对于基于马约拉纳的量子计算机（例如微软宣布的量子计算机），一项称为 T 门的操作也无法在没有错误的情况下实现。
因此，基于马约拉纳的量子芯片只是“几乎没有错误”。然而，T 门错误的纠正比其他量子平台的一般错误纠正要简单得多。
现在怎么办？微软将努力推进其路线图，稳步构建越来越大的量子位集合。
科学界将密切关注微软的量子计算处理器如何运行，以及它们与其他已经建立的量子计算处理器相比的表现如何。
与此同时，全球各地的大学将继续对马约拉纳粒子奇异而晦涩的行为进行研究。
