加利福尼亚州阿纳海姆—在世界上最大的物理学家聚会上，有关微软声称的新型量子计算芯片的讨论可能是最吸引人的地方。
微软二月份宣布推出一款包含第一个拓扑量子位（或称量子位）的芯片，引发了物理学界的强烈反对。这一发现是通过新闻稿宣布的，没有公开共享的数据支持。一个并发论文自然未能展示拓扑量子位。该论文的合著者、微软研究员 Chetan Nayak 承诺在3月18日的讲话中提供确凿的证据在美国物理学会全球物理学峰会上。
演讲前，会议主席宣布：遵守行为准则；尊重他人。房间里挤满了数百名热切的物理学家，他们坐在座位上，沿着墙壁站立，他们会意地笑了一声，暗示可能会失去礼仪。
拓扑量子计算已蒙上阴影。尽管如此，这个概念仍有很大的前景。众所周知，构成量子计算机的量子比特非常脆弱且容易出错。利用拓扑概念的量子位，拓扑是描述带有孔或环的结构的数学学科，。加利福尼亚州圣巴巴拉微软 Station Q 的 Nayak 在演讲中表示，通过拓扑量子计算，“错误率可以非常低”。
科学家们并没有对他提供的数据感到惊讶。
关键图看起来像是随机抖动，而不是可识别的信号。纳亚克声称，对这种明显随机性的分析揭示了噪声背后的模式，表明存在一个有效的量子位。这一论点不足以推翻最严厉的批评者。
苏格兰圣安德鲁斯大学的物理学家亨利·莱格（Henry Legg）是微软工作最激烈的批评者之一，他说：“这些数据非常缺乏说服力。这就好像微软量子试图对数百人同时进行罗夏墨迹测试。”
尽管如此，其他人仍然乐观地认为，通过额外的努力，微软可以改进他们的设备以产生更清晰的信号。伊利诺伊州莱蒙特阿贡国家实验室的物理学家卡蒂克·阿加瓦尔 (Kartiek Agarwal) 表示：“我觉得将其称为量子比特可能有点为时过早。”但“有很多积极的迹象。”
拓扑量子位的吸引力和阻力
量子计算机有望开启新型计算，但前提是它们必须可靠。构建本质上不易出错的量子位的想法让科学家们兴奋不已。 “这是一种更有创意、更原创的量子计算方法，从这个意义上说，我真的很支持它，”阿贡国家实验室的物理学家伊瓦尔·马丁说。
但这个想法一直难以落地，落后于更传统的量子比特技术数十年。
创建拓扑量子位需要激发材料中的电子来跳舞。电子集体的行为就像一个假设的、类似粒子的东西：一种被称为马约拉纳的准粒子。但创造马约拉纳并证明它们的存在是极具挑战性的。
马丁指出，微软已经取得了令人印象深刻的进步。但“就展示本次会议上人们最关心的事情而言——真正令人信服地展示马约拉纳物理学——对很多人来说并没有留下深刻的印象。”
如果有可能不那么沮丧的话，莱格就是这样形容的，他在纳亚克演讲的前一天发表了演讲。他对微软在一个挤满人的房间里所采取的方法的基础表示怀疑——尽管这个房间比 Nayak 的头条新闻场地要小得多。
莱格在最后一刻挤进了会议日程，在演讲中列出了一连串的批评。批评首先集中在用于证明该器件是拓扑的方法上——“拓扑间隙协议，”2023 年 Microsoft 的一篇论文中提出物理回顾 B.他在演讲和一次演讲中指出，该协议存在缺陷。论文于 3 月 11 日提交到 arXiv.org。例如，Legg 认为，该协议对相同的数据给出不同的结果，具体取决于所包含参数的范围，例如磁场的扩散或电压值。
“任何声称在 2025 年拥有拓扑量子位的公司本质上都是在兜售一个童话故事，我认为这是一个危险的童话故事，”莱格说。 “它破坏了量子计算领域，总的来说，我认为它实际上破坏了公众对科学的信心。”
在 Legg 演讲结束后的问答环节中，微软研究员 Roman Luutchyn 站起来进行了强有力的反驳：“这里的很多陈述根本就是不正确的，”他说，并列举了 Legg 的几项主张，他也在一篇文章中对此进行了阐述。领英帖子。 “我们支持这些论文中的结果。”
扰乱治安行为
在最基本的层面上，微软的设备由铝纳米线组成，宽度仅为 60 纳米，放置在半导体顶部。冷却后，这种铝变得超导，使其能够无电阻地传输电力。这会在半导体中产生超导性，为马约拉纳创造了理想的条件。一旦设备被调整到特定的磁场和电压值，理论上马约拉纳应该出现在纳米线的每一端。
这些设备中的无序对于拓扑量子位来说是一个大问题。表面粗糙度或材料缺陷可能会导致虚假信号或模糊结果。马里兰大学帕克分校的物理学家桑卡尔·达斯·萨尔马 (Sankar Das Sarma) 表示，近年来，微软的设备在这方面取得了巨大的进步。但是，他说，“还需要更多的改进……我认为混乱仍然需要减少两倍。”
当铝线排列成 H 形时，它们会创建一个量子位，其四个末端各有一个马约拉纳量子位。为了获得一个可用的量子位，微软需要证明他们可以对其进行测量。这涉及到探查，热狗形状的纳米粒子放置在纳米线附近。需要两种类型的测量，即 X 和 Z。
在二月份自然在论文中，微软演示了 Z 测量，其中涉及探测与单线相关的量子点。重复的 Z 测量揭示了量子位在两种可能状态之间的切换，这是拓扑量子位的预期结果。据称，这些转变表明了奇偶校验的翻转，本质上反映了导线内电子的数量是偶数还是奇数。
在 Nayak 的演讲中，他公布了他们的 X 测量，该测量可探测与两条纳米线相邻的量子点。这些数据的绘图看起来是随机的，两个值之间缺乏同样明显的翻转。
观众似乎并没有留下特别深刻的印象。在问答过程中，康奈尔大学物理学家金银儿 (Eun-Ah Kim) 表示：“如果有人出来对我大喊大叫，说只有两个，我会很高兴，但我认为这不是我所看到的。”
纳亚克说，对看似随机的数据进行统计分析揭示了一个隐藏的模式。但是，金在一封电子邮件中质疑纳亚克梳理这一模式的方法的有效性。
即使对于更清晰的 Z 测量，科学家们仍然不同意这种翻转是否构成马约拉纳存在的证据。 “我被说服了，”达斯·萨尔马说，“但善意的人可能会不同意。”
演讲期间，与会者高高举起智能手机拍摄纳亚克的幻灯片照片，这些照片在物理学界引起了轰动。演讲结束后，没有出席会议的匹兹堡大学物理学家谢尔盖·弗罗洛夫（Sergey Frolov）发布了一篇文章详细反驳在社交媒体平台 BlueSky 上。
“显示的数据……只是噪音。它们简直令人失望，”弗罗洛夫写道。他表示，这对于微软二月份宣布的包含八个量子位的芯片来说并不是一个好兆头：“鉴于我们今天所看到的情况，该芯片不可能工作。”
并非所有科学家都像莱格和弗罗洛夫那样挑剔。例如，Agarwal 认为微软的拓扑间隙协议（他们当前工作的基础）是合理的。但是，他指出，纳亚克提出的装置是不切实际的，因为它的值基本上是随机的。 “在目前的状态下，它肯定不能用作量子位。这也是显而易见的，”阿加瓦尔说。
纳亚克相信他的团队将进一步改进他们的设备，直到怀疑者信服。弗罗洛夫（Frolov）就是其中之一，他相信将会有更多的论文被撤回。
