微軟Azure Quantum計劃取得重大進展 該公司展示瞭拓撲量子位元（Topological Qubits）構建模塊 微軟突破技術限製，實現拓撲量子位元 - 趣味新聞網

微軟Azure Quantum計劃取得重大進展，該公司展示瞭拓撲量子位元（Topological Qubits）構建模塊，這項技術是目前最有望，能構建齣真正具有量子優勢的量子計算機。Azure Quantum團隊所設計的精密設備，能夠由一對馬約拉納零模（Majorana Zero Mode，或稱馬約拉納束縛態）引發物質的拓撲相位，進而産生不怕環境噪聲的拓撲量子位元。

這項進展之所以令人驚艷，是因為量子激發通常不存在於自然界中，必須在極其精確的條件下，纔能被引發齣現。從1973年馬約拉納提齣馬約拉納費米子（Majorana Fermion）假想以來，科學傢一直試圖創造或是觀察該粒子激發現象，而直到最近，科學傢意識到，馬約拉納零模可以用於保護量子消息，在實現可靠運算方麵能發揮重要作用。

Azure Quantum團隊現在能夠産生拓撲相位，並測量拓撲間隙，進而量化相位的穩定性。研究團隊解釋，擁有以馬約拉納零模以及可測量拓撲間隙，來創造和維持量子相位的能力，消除瞭産生拓撲量子位元的最大障礙。微軟量子機器便是使用拓撲量子位元來存儲和計算信息。

全世界的科學傢，無不緻力於開發可用於解決復雜能力的量子計算機，但事實上，要真正能夠解決現實中復雜問題的量子計算機，需要擁有一百萬或是更多數量的量子比特，目前為止，基於量子邏輯門的量子計算機，使用的量子位元都不到130個，微軟研究人員提到，當今許多量子位元技術都存在限製，難以達到足以支持商業量子應用的規模。

而這也是Azure Quantum專注於開發拓撲量子位元的原因，與當前其他類型的量子位元相比，拓撲量子位元更有希望，開發齣速度更快、體積更小且不容易丟失消息的量子計算機，微軟認為，創建更穩定的拓撲量子位元，將是構建工業規模量子機器最快的途徑。

但是過去研究拓撲量子位元的科學傢，都無法確定是否能運用量子物理，來創造拓撲量子位元，直到現在，微軟的科學傢完成瞭這項睏難的目標，並且製造齣能夠産生拓撲相位的設備（下圖），而在證明拓撲量子位元確實可行之後，微軟便能傾全力推進該領域的研究。

微軟提到，開發量子計算機的一大挑戰，是當量子位元遇到熱、偏離的次原子粒子或是磁場等環境噪聲時，就很容易崩潰或是量子去相乾（Quantum Decoherence）。當信息丟失，量子位元不再能夠用於計算，錯誤便會開始産生，量子計算機此時需要投入更多不可靠的量子位元來糾正錯誤，研究人員舉例，這種情況就像是在房間中，讓盤子在筷子上鏇轉，一個小乾擾就可能導緻一個盤子變得不穩定，並開始撞到其他盤子。

拓撲量子位元內置保護機製，使其不會受到環境噪聲影響，這代錶執行有用運算和糾正錯誤所需要的量子位元應該少得多，而且拓撲量子位元還能夠快速處理信息，體積也夠小，在一個比信用卡上安全芯片更小的設備，可以容納超過百萬個拓撲量子。

創建拓撲保護的關鍵，在於將量子信息編碼成一對實體分離的馬約拉納零模，這使得拓撲量子位元能夠對環境噪聲免疫，噪聲並不能與消息相互作用或是破壞，要解鎖量子信息的唯一方法，是同時查看兩種馬約拉納零模的組閤狀態。

Azure Quantum團隊開發齣一種工藝方法，能夠以高可控和原子等級的精確度，將半導體和超導體材料分層打印到設備上，在特定磁場和電壓條件下，該設備可以産生具有一對馬約拉納零模的拓撲相位。

目前這項技術已經走齣實驗室理論，並通過反復試驗，進入以模擬、設計和工程材料的實踐階段，但微軟量子軟件計劃領導工程師Krysta Svore（下圖）提到，在創建可擴展的量子計算機路上，還有更具挑戰性的工作要完成。接下來研究團隊的工作，還包括讓拓撲間隙更強健穩定，並且能夠糾纏馬約拉納構建模塊來産生量子位元，而且使用量子位元處理有意義的消息，需要在比外太空更冷的溫度下進行。

量子計算機理論上，可以利用量子物理特性，包括疊加、糾纏和乾涉，以極短的時間，解決具有大量變量的問題，找齣可能的解決方案。微軟將使用拓撲量子位元技術，開發能夠與Azure古典計算資源協同工作的量子計算機，該公司提到，先開發齣商用量子加速器的公司，將擁有強大的競爭優勢。