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20年磨一剑!微软发布全球首个拓扑量子芯片

Datawhale  · 公众号  ·  · 2025-02-20 18:15

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微软: 量子芯片,编辑:机器之心

不是固体、液体,也不是气体,而是拓扑导体。

重大突破!本周四,微软宣布造出了一款前所未有的量子计算芯片 Majorana 1,并称可以在单块芯片上让数百万量子比特协同工作,解决之前无法的解决的问题,从新药物研发到创造革命性的新材料。

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微软 CEO 萨提亚・纳德拉为此专门撰写了一条长推文,短时间内就已经收获了上千万阅读量,其中提到 Majorana 1 是首款建立在拓扑核心(topological core)上的量子处理单元,而这一成就的基础是他们创造的「一种全新的物质状态」,而这又解锁了一类新材料 。他们称之为 topoconductor,这里译为「拓扑导体」。

纳德拉表示,使用拓扑导体可以制造出更快、更小、更可靠的量子比特。其尺寸可小至百分之一毫米,这意味着我们可以在较小的体积内集成大量量子比特。

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纳德拉写到:「我们相信,这一突破将使我们能在几年内(而非像一些人预测的几十年)创造出一台真正有意义的量子计算机。」

基于新材料和新架构,微软已经构建了世界上首个基于拓扑量子比特的容错原型(FTP)。

以下为微软发布的宣传视频:


这一消息可说是让整个互联网都沸腾了,正如去年底谷歌宣布了量子芯片 Willow 时一样 —— 谷歌称 Willow 能在 5 分钟内完成超级计算机 10²⁵ 年才能完成的计算,参阅报道《 5 分钟完成最强超算 10²⁵年工作,谷歌量子芯片重大突破,马斯克、奥特曼齐祝贺 》。

Majorana 1 是微软历时 17 年,通过持续研究量子计算新材料和架构获得的成果。微软认为,该芯片让量子计算机大规模应用成为了可能。

量子计算机的核心是量子比特,它是量子计算中的信息单位,就像当今计算机使用的二极管一样。多年来,IBM、微软、谷歌等公司一直试图让量子比特像二进制比特一样可靠,但因为量子比特更加脆弱,对噪音更敏感,容易产生误差或导致数据丢失。

基于全新的理念,Majorana 1 处理器有望将 100 万个量子比特集成到一个芯片上,该芯片与台式电脑和服务器中的 CPU 差不多大。微软没有在新芯片中使用电子进行计算,而是使用了理论物理学家埃托雷・马约拉纳(Ettore Majorana)在 1937 年提出的马约拉纳粒子。微软通过创造所谓的「世界上第一个拓扑导体」达到了这一里程碑。

拓扑导体是一种新型材料,不仅可以观察,还可以控制马约拉纳粒子,以创造更可靠的量子比特。

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微软 Majorana 1 处理器非常小。

微软的工作登上了最新一期的《自然》杂志,其中概述了研究成果。微软帮助创造了一种由砷化铟和铝制成的新材料,并将八个拓扑量子比特放在单块芯片上,目标是最终能扩展到 100 万个。

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  • 论文标题:Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices
  • 论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-024-08445-2

不仅如此,微软还发布了一份实现「可靠量子计算」的路线图,称这是他们实现「从单量子比特设备到能够进行量子纠错的阵列的路径。」

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