微软表示，其研究人员已经创造了一种新的 量子计算机 处理器，该处理器依赖于一种前所未见 的物质态。这项技术飞跃——名为 Majorana 1——代表着朝着强大的量子计算机时代迈出了重要一步，该时代将解锁目前在人工智能、医学研究、可持续 能源 和许多其他行业中无法实现的进步。
自发明以来，传统计算机几乎一直依赖于半导体芯片，这些芯片使用以 1 和 0 字符串表示的二元信息“比特”。虽然这些芯片的功能越来越强大，同时体积越来越小，但这种硬件能够存储的信息量存在物理限制。相比之下，量子计算机 则利用“量子比特”（quantum bits）来利用亚原子粒子所表现出的奇特性质，这些粒子通常在极低的温度下工作。
两个量子比特在任何给定时间可以持有四个值，更多的量子比特意味着计算能力的指数级增长。这使得量子计算机能够以今天的超级计算机看起来几乎过时的速度和规模处理信息。例如，去年 12 月，谷歌发布了一款 实验性量子计算机系统，研究人员称该系统只需五分钟就能完成一项计算，而大多数超级计算机需要超过 10 的 24 次方年才能完成——这比我们所理解的宇宙年龄还要长。
但谷歌的量子处理单元（QPU）基于与微软 Majorana 1 设计不同的技术，该设计在 2 月 19 日发表于 Nature 杂志的一篇论文中进行了详细介绍。经过 17 多年的设计和研究，Majorana 1 依赖于该公司所称的“拓扑量子比特”，通过创建拓扑超导性来实现，这是一种先前只被概念化但从未被记录的物质态。
与传统计算机依赖电子不同，Majorana 1 工作在“世界上第一个拓扑导体”上，利用了理论物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）于 1937 年首次描述的马约拉纳粒子。根据微软的说法，该机器基于“门控设备”，将砷化铟半导体与超导体铝结合。一旦拓扑导体的温度降至接近绝对零度（约 -400 华氏度）并调整到磁场，设备就会“形成具有马约拉纳零模（MZMs）的拓扑超导纳米线”。
据报道，Majorana 1 比竞争对手的量子处理单元（QPU）设计更可靠，但它仍然存在困扰所有实验性量子计算芯片的问题。正如在量子粒子物理学中所阐述的那样，量子比特可能能够同时持有两种信息状态，但当人类操作员尝试读取它们时，信息会“退相干”为基本的 1 或 0。然而，微软的研究人员寄希望于进一步的精细调整能够产生更可靠、更具可扩展性的拓扑导体，最终构成首批真正量子计算机的基础。Majorana 1 目前仅拥有八个量子比特，这并未使其在现有 QPU 原型中脱颖而出。但它被设计成可以容纳更多：确切地说，是一百万个量子比特。
“一个拥有百万量子比特的量子计算机不仅仅是一个里程碑——它更是解决世界上一些最棘手问题的门户，”微软技术员、量子硬件公司副总裁 Chetan Nayak 周三表示。
