当地时候2月19日云开体育，微软负责发布了旗下首款量子研讨芯片“Majorana 1”，这亦然大家首款拓扑量子比特驱动的量子处理器。“Majorana 1”接收了一种名为拓扑导体（topoconductor）的龙套性材料制成，现时可在芯片上摈弃8个拓扑量子比特，标记着向实用量子研讨迈出了变革性的飞跃。畴昔以致不错在单个芯片上膨大到100万个量子比特。现时连系征询论文如故发表在了《天然》杂志上。

愚弄新式材料

据微软先容，拓扑导体（topoconductor）是一种往时仅存在于表面中的新物资景况，这种转变性的材料的出现不错使咱们或者创造拓扑超导性。这一逾越源于微软在假想和制造栅极界说拓荒方面的创新，这些拓荒集聚了砷化铟（一种半导体）和铝（一种超导体）。当冷却到接近十足零度并用磁场调度时，这些拓荒会酿成拓扑超导纳米线，导线终局具有马约拉纳零样式 (MZM)。

近一个世纪以来，这些准粒子只存在于教科书中。现在，咱们不错笔据需要在拓扑导体中创建和舍弃们。MZM 是咱们量子比特的构建块，通过“奇偶校验”存储量子信息——导线包含偶数如故奇数个电子。在传统超导体中，电子集聚成库珀对并无阻力出动。任何未配对的电子齐不错被检测到，因为它的存在需要特地的能量。咱们的拓扑导体有所不同：在这里，一双 MZM 之间分享一个未配对的电子，使其对环境不可见。这种特有的属性保护了量子信息。

天然这使得咱们的拓扑导体成为量子比特的理念念候选者，但它也带来了一个挑战：咱们若何读取荫藏得如斯好的量子信息？咱们若何分辨 1,000,000,000 个电子和 1,000,000,001 个电子？

微软对这一测量挑战的惩处决议如下（另见图 1）：

微软使用数字开关将纳米线的两头耦合到量子点，量子点是一种不错存储电荷的轻飘半导体器件。

这种邻接升迁了点保执电荷的能力。至关遑急的是，着实的增多取决于纳米线的奇偶校验。

△图 1：读取咱们的拓扑量子比特的景况。

微软用微波测量这种变化。量子点保执电荷的能力决定了微波若何从量子点反射。因此，它们会带着纳米线量子态的图章复返。

微软假想的拓荒足以让这些变化大到足以在一次测量中可靠地进行测量。首先的测量弊端概率为 1%，但现在如故笃定了较着的路子来权贵镌汰这一弊端。

微软示意，该系统进展出了令东说念主印象深切的理解性。外部能量（举例电磁放射）不错温存库珀对，产生不行对的电子，从而将量子比特的景况从偶数变为奇数。但是，最终效能标明这种情况很罕有，平均每毫秒只发生一次。这标明包裹“Majorana 1”处理器的屏蔽层不错有用地造反此类放射。微软正在探索进一步减少这种情况的门径。

量子研讨需要咱们假想一种成心用于达成量子研讨的新物资景况，这也许并不奇怪。值得防护的是，微软的读出技艺如故异常精准，这标明微软正在愚弄这种奇异的物资景况进行量子研讨。

通过数字精度透顶改变量子舍弃

这种读出技艺达成了从根底上不同的量子研讨门径，其中使用测量来实施研讨。

传统量子研讨以精准的角度旋转量子态，需要为每个量子位定制复杂的模拟舍弃信号。这使量子纠错 (QEC) 变得复杂，因为量子纠错必须依靠这些一样敏锐的操作来检测和改进极端。

微软基于测量的门径大大简化了 QEC。咱们完全通过由邻接和断开量子点与纳米线的浅近数字脉冲激活的测量来实施弊端校正。这种数字舍弃使得管束实质应用所需的无数目子比特变得切实可行。

从物理学到工程学

跟着中枢构建模块的展示——在 MZM 中编码、受拓扑保护并通过测量处理的量子信息——微软已准备好从物理龙套转向实质实施。

下一步是围绕单量子比特拓荒（称为 Tetron）构建可膨大架构（见图 2）。在 Station Q 会议上，微软分享了演示此量子比特基本操作的数据。一项基本操作（测量 Tetron 中拓扑纳米线之一的奇偶性）使用了微软在《天然》论文中态状的调换技艺。

△图 2：使用四元组达成容错量子研讨的道路图。第一幅图展示了一个单量子比特拓荒。四元组由两条平行拓扑线（蓝色）构成，两头各有一个 MZM（橙色点），由垂直普通超导导线（浅蓝色）邻接。第二幅图展示了一个相沿基于测量的编织变换的双量子比特拓荒。第三幅图展示了一个 4×2 四元组阵列，相沿在两个逻辑量子比特上进行量子弊端检测演示。这些演示旨在达成量子弊端校正，举例右侧面板中所示的拓荒（27×13 四元组阵列）。

另一个要道操作是将量子比特置于奇偶校验态的重叠中。这亦然通过对量子点进行微波反射测量来达成的，但测量建立不同，微软将第一个量子点与纳米线分离，并将另一个点邻接到拓荒一端的两条纳米线上。通过实施这两个正交的泡利测量Z和X，微软展示了基于测量的舍弃——这是开启其道路图下一步的要道里程碑。

微软的道路图现在系统地指向可膨大的 QEC。下一步将触及 4×2 四量子阵列。微软将首先使用一个双量子比特子集来演示纠缠和基于测量的编织变换。然后，咱们将使用悉数这个词八量子比特阵列在两个逻辑量子比特上达成量子弊端检测。

拓扑量子比特的内置极端保护简化了 QEC。此外，与之前的先进门径比拟，微软的自界说 QEC 代码将支出减少了爽直十倍。这种大幅减少意味着其可膨大系统不错用更少的物理量子比特构建，并有可能以更快的时钟速率运行。

DARPA 的认同

好意思国国防高档征询研讨局(DARPA) 已采用微软动作两家过问其严格基准测试研讨终末阶段的公司之一，该研讨名为实用级量子研讨未开发系统 (US2QC)，是 DARPA 大型量子基准测试研讨 (QBI) 的构成部分之一。微软以为这一认但是对其构建具有拓扑量子位容错量子研讨机道路图的认同。

DARPA 的 US2QC 研讨偏激更普通的量子基准测试研讨代表了一种严格的门径来评臆想子系统，这些系统不错惩处超出传统研讨机能力的问题。迄今为止，US2QC 研讨汇集了来自 DARPA、空军征询践诺室、约翰霍普金斯大学应用物理践诺室、洛斯阿拉莫斯国度践诺室、橡树岭国度践诺室和 NASA 艾姆斯征询中心的大家，以考证量子硬件、软件和应用轨范。预测畴昔，限制更大的量子基准测试研讨预计将与更多大家调和，对量子研讨机进行测试和评估。

此前，DARPA 评估微软不错在合理的时候内构建出实用级量子研讨机，因此采取了微软进行早期阶段的征询。随后，DARPA 评估了微软量子团队的容错量子研讨机架构假想和工程研讨。经过仔细分析，DARPA 和微软签署了一项左券，启动该名目标终末阶段。在此阶段，微软研讨在数年内（而不是数十年内）构建基于拓扑量子位的容错原型，这是迈向实用级量子研讨的要道加快才调。

解锁量子的出路

微软示意：“十八个月前，咱们制定了量子超等研讨机的发展道路图。今天，咱们达成了第二个里程碑，展示了宇宙上第一个拓扑量子比特。咱们如故在一块假想为容纳100万个量子比特的芯片上摈弃了八个拓扑量子比特。”

百万量子比特的量子研讨机不单是是一个里程碑，更是惩处宇宙上一些最勤劳问题的路子。即使是现在最宽广的超等研讨机也无法准确预测决定咱们畴昔必不可少的材料特色的量子进程。但这种限制的量子研讨不错带来创新，举例开发桥梁破绽的自开发材料、可执续农业和更安全的化学发现。今天需要浮滥数十亿好意思元进行详备的践诺搜索和湿践诺室践诺的东西，不错通过量子研讨机的研讨找到。

“咱们通往实用量子研讨的说念路很明晰。基础技艺如故赢得考证，咱们慑服咱们的架构是可膨大的。咱们与 DARPA 的新左券标明咱们勤奋于不懈地朝着咱们的研讨前进：建造一台或者股东科学发现并惩处遑急问题的机器。”微软在其博客上写说念。

裁剪：芯智讯-浪客剑 起原：微软云开体育

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