Microsoft's Quantum Computing Chip Could Be a Game Changer

有一種叫做馬約拉納費米子的粒子，1937 年被假設存在。這個粒子具有一些獨特的性質，長期以來人們理論上認為馬約拉納粒子可能對量子計算有用。在週三的一個意外公告中，微軟（MSFT 1.25%）推出了一款量子計算芯片，馬約拉納 1，成功利用少量特殊的馬約拉納粒子來編碼量子信息。

微軟在近 20 年前開始走上這條道路，而這項研究現在已經取得了看似重大的量子計算突破。馬約拉納 1 芯片包含八個量子比特，遠少於目前在運作的頂級量子計算機。

然而，微軟看到了將量子比特數量擴大到 100 萬個的路徑。在這個規模上，量子計算可能對解決現實世界的問題非常有用。

在棘手問題上的進展

阻礙量子計算機擴展的主要障礙之一是錯誤校正。量子比特非常脆弱，容易受到各種環境因素的影響。這會引入錯誤，可能在計算完成之前就使計算中斷。未來能夠進行有用計算的量子計算機需要一種方法來糾正這些錯誤。

微軟所利用的馬約拉納粒子的一個好處是，它們往往比其他量子計算方法更穩定，且不易受到錯誤的影響。錯誤仍然會被引入，而這需要克服，以將芯片擴展到 100 萬個量子比特。

例如，測量系統的過程會引入錯誤，但微軟已經找到了減少這些錯誤的方法。該公司還在研究新的錯誤校正方法，這對於提高量子比特數量是必要的。

微軟成功展示了可以使用馬約拉納粒子編碼量子信息。下一步是開始朝着一個有用的量子芯片努力。

微軟將從單量子比特設備開始，逐步構建更大陣列的量子比特設備、量子錯誤檢測，最終實現量子錯誤校正。馬約拉納粒子保護量子信息的特性將使錯誤校正比以往的方法更簡單。

仍需多年努力

"微軟打算在幾年內而不是幾十年內基於拓撲量子比特構建一個容錯原型，" 微軟 Azure 博客中詳細介紹了馬約拉納 1 芯片。投資者需要理解兩件事。

首先，微軟在朝着量子錯誤校正的方向努力時，可能會遇到各種複雜性和問題。"需要明確的是，繼續完善這些過程並使所有元素在加速規模下協同工作將需要更多年的工程工作，" 微軟在另一份新聞稿中指出。

其次，從原型到能夠解決現實世界問題的大規模量子計算機可能本身就需要數年時間。目前運作的最大量子計算機的規模剛剛超過 100 個量子比特。將這個數字提升到 100 萬個將是一個巨大的挑戰，並可能在許多方面受到阻礙。

儘管如此，如果微軟在有用的量子計算方面領先於競爭對手，所獲得的獎賞可能是巨大的。量子計算機可能特別適用於以一種即使是最強大的超級計算機也無法實現的方式模擬自然。在化學、材料科學和其他領域解決複雜問題可能會導致重大的突破。

通過專注於可以輕鬆安裝在其雲數據中心的量子芯片，微軟正在為未來可能成為巨大新業務線的基礎奠定基礎。根據一些估計，量子計算最終可能帶來數千億美元的經濟價值。

微軟仍需克服許多挑戰。它需要展示全面的錯誤校正，然後擴展到有用的量子比特數量，同時不遇到任何難以解決的障礙。該公司的方法還需要證明優於其他所有方法。在微軟朝着有用的量子計算邁進的同時，Alphabet、IBM 和其他許多公司也在進行同樣的努力。

雖然有用的量子計算仍需多年，但微軟可能剛剛通過其創新的馬約拉納 1 芯片加速了這一時間表。