量子計算界今天被一枚“科技核彈”轟動了，微軟在2月20日發布了代號為Majorana 1的全球首個拓撲量子芯片，號稱該芯片的出現是“向實用量子計算邁出了變革性的飛躍”。
傳統量子比特非常不穩定，溫度的一點變化，甚至外界的微小震動都可能會使它退相干喪失量子性，科學家們為此不得不把量子芯片泡在-273℃的液氦里，并且采取各種方法來防止外界的干擾，但是量子比特數還是難以滿足大規模應用的需求。
微軟這次的突破源于他們成功利用了理論物理界的“幽靈粒子”馬約拉納費米子。馬約拉納費米子的獨特之處在于其反粒子就是它本身，這是一種非常適合量子計算機的性質，可以讓量子計算機具有極高的穩定性和自糾錯能力，但也正因其本身的性質，馬約拉納費米子并不以獨立粒子的形式存在于自然界中，只能作為凝聚態系統中準粒子激發的形式出現，長期以來科學家們一直在努力尋找穩定產生這種粒子的方法。
微軟制造的Majorana 1是通過一種由砷化銦(半導體)和鋁(超導體)構成的全新的材料體系，即柵控器件來實現馬約拉納費米子的應用的。當冷卻到接近絕對零度并用磁場調節時，這些器件會形成拓撲超導納米線，導線末端具有馬約拉納零模(MZM)，MZM就是他們量子比特的構建塊，其通過“parity”來存儲量子信息(導線包含偶數還是奇數個電子)。
讀取拓撲量子比特的狀態
利用這種材料體系制造的拓撲導體，并不屬于普通的固液氣三態，而是處于一種此前僅存在于理論中的新物質狀態，即拓撲量子態，這種狀態下量子比特非常穩定，并且速度快、體積小，甚至可以進行數字控制。
據了解，要達到量子計算的下一個發展階段實現量子計算的商業級應用，需要一種能夠提供一百萬個或更多量子比特并實現數萬億次快速可靠操作的量子架構，如果使用傳統的方法來拓展，不但需要各種穩定和保護量子相干性的措施，還需要對每個量子比特進行精確的模擬控制，以現有技術水平這幾乎不可能達成。而如果使用這種拓撲量子芯片，百萬級的量子比特十分容易實現，并且可以通過數字化控制極大的簡化量子計算的工作原理。
使用四元組實現容錯量子計算的路線圖
那么這種級別的量子計算機可以用來干什么呢？理論上100萬量子比特，足夠模擬宇宙中所有的化學反應，可以讓人類輕松找到自修復材料和常溫超導材料，同時量子計算機能以超級計算機無法匹敵的速度分解大數，讓目前計算機安全系統最廣泛使用的RSA加密形同虛設，而AI訓練所需的巨大算力對于它也是九牛一毛，真正的人工智能也許很快就會到來……
這一切可能只需要巴掌大小的芯片即可實現，目前微軟在一塊設計為容納一百萬個量子比特的芯片上放置了八個拓撲量子比特，根據他們的路線圖預計在幾年內就能制造出具有實用意義的量子計算機，這次里程碑式的突破可能會讓真正的量子計算時代以人類未曾想象的速度提前到來。
