当地时刻2月19日，微软肃穆发布了旗下首款量子计较芯片“Majorana 1”，这亦然环球首款拓扑量子比特驱动的量子处理器。“Majorana 1”采取了一种名为拓扑导体（topoconductor）的冲突性材料制成，现时可在芯片上放手8个拓扑量子比特，标记着向实用量子计较迈出了变革性的飞跃。畴昔致使不错在单个芯片上推广到100万个量子比特。现时关系究诘论文还是发表在了《天然》杂志上。
欺诈新式材料
据微软先容，拓扑导体（topoconductor）是一种昔日仅存在于表面中的新物资情状，这种创新性的材料的出现不错使咱们好像创造拓扑超导性。这一跨越源于微软在联想和制造栅极界说开发方面的创新，这些开发结合了砷化铟（一种半导体）和铝（一种超导体）。当冷却到接近富余零度并用磁场诊疗时，这些开发会酿成拓扑超导纳米线，导线结尾具有马约拉纳零模式 (MZM)。
近一个世纪以来，这些准粒子只存在于教科书中。现在，咱们不错凭证需要在拓扑导体中创建和限度们。MZM 是咱们量子比特的构建块，通过“奇偶校验”存储量子信息——导线包含偶数照旧奇数个电子。在传统超导体中，电子结合成库珀对并无阻力挪动。任何未配对的电子王人不错被检测到，因为它的存在需要零散的能量。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。这种私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思候选者，但它也带来了一个挑战：咱们怎样读取守秘得如斯好的量子信息？咱们怎样永别 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不休决策如下（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微弱半导体器件。
这种麇集进步了点保握电荷的才略。至关蹙迫的是，实在的加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情状。
微软用微波测量这种变化。量子点保握电荷的才略决定了微波怎样从量子点反射。因此，它们会带着纳米线量子态的图章复返。
微软联想的开发足以让这些变化大到足以在一次测量中可靠地进行测量。率先的测量舛讹概率为 1%，但现在还是笃定了显著的途径来权贵缩短这一舛讹。
微软暗意，该系统进展出了令东谈主印象深化的踏实性。外部能量（举例电磁放射）不错龙套库珀对，产生弗成对的电子，从而将量子比特的情状从偶数变为奇数。但是，最终效果标明这种情况很稀有，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扞拒此类放射。微软正在探索进一步减少这种情况的方法。
量子计较需要咱们联想一种成心用于兑现量子计较的新物资情状，这也许并不奇怪。值得谛视的是，微软的读出手艺还口角常精准，这标明微软正在欺诈这种奇异的物资情状进行量子计较。
通过数字精度透澈编削量子限度
这种读出手艺兑现了从根柢上不同的量子计较方法，其中使用测量来施行计较。
传统量子计较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限度信号。这使量子纠错 (QEC) 变得复杂，因为量子纠错必须依靠这些不异明锐的操作来检测和考订诞妄。
微软基于测量的方法大大简化了 QEC。咱们完全通过由麇集和断开量子点与纳米线的简单数字脉冲激活的测量来施行舛讹校正。这种数字限度使得不休践诺应用所需的大王人量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冲突转向践诺实施。
下一步是围绕单量子比特开发（称为 Tetron）构建可推广架构（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》论文中刻画的疏导手艺。
△图 2：使用四元组兑现容错量子计较的路子图。第一幅图展示了一个单量子比特开发。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），由垂纵贯俗超导导线（浅蓝色）麇集。第二幅图展示了一个赈济基于测量的编织变换的双量子比特开发。第三幅图展示了一个 4×2 四元组阵列，赈济在两个逻辑量子比特上进行量子舛讹检测演示。这些演示旨在兑现量子舛讹校正，举例右侧面板中所示的开发（27×13 四元组阵列）。
另一个要害操作是将量子比特置于奇偶校验态的类似中。这亦然通过对量子点进行微波反射测量来兑现的，但测量配置不同，微软将第一个量子点与纳米线分离，并将另一个点麇集到开发一端的两条纳米线上。通过施行这两个正交的泡利测量Z和X，微软展示了基于测量的限度——这是开启其路子图下一步的要害里程碑。
微软的路子图现在系统地指向可推广的 QEC。下一步将波及 4×2 四量子阵列。微软将发轫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，咱们将使用扫数这个词八量子比特阵列在两个逻辑量子比特上兑现量子舛讹检测。
拓扑量子比特的内置诞妄保护简化了 QEC。此外，与之前的先进方法比较，微软的自界说 QEC 代码将支拨减少了大要十倍。这种大幅减少意味着其可推广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
好意思国国防高等究诘筹画局(DARPA) 已选择微软行为两家参预其严格基准测试筹画临了阶段的公司之一，该筹画名为实用级量子计较未开发系统 (US2QC)，是 DARPA 大型量子基准测试筹画 (QBI) 的构成部分之一。微软合计这一认然而对其构建具有拓扑量子位容错量子计较机路子图的认同。
DARPA 的 US2QC 筹画过甚更通俗的量子基准测试筹画代表了一种严格的方法来评揣摸子系统，这些系统不错不休超出传统计较机才略的问题。迄今为止，US2QC 筹画汇注了来自 DARPA、空军究诘实验室、约翰霍普金斯大学应用物理实验室、洛斯阿拉莫斯国度实验室、橡树岭国度实验室和 NASA 艾姆斯究诘中心的群众，以考据量子硬件、软件和应用秩序。瞻望畴昔，范围更大的量子基准测试筹画预计将与更多群众勾搭，对量子计较机进行测试和评估。
此前，DARPA 评估微软不错在合理的时刻内构建出实用级量子计较机，因此选拔了微软进行早期阶段的究诘。随后，DARPA 评估了微软量子团队的容错量子计较机架构联想和工程筹画。经过仔细分析，DARPA 和微软签署了一项条约，开动该步地的临了阶段。在此阶段，微软贪图在数年内（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计较的要害加快设施。
解锁量子的远景
微软暗意：“十八个月前，咱们制定了量子超等计较机的发展路子图。今天，咱们兑现了第二个里程碑，展示了宇宙上第一个拓扑量子比特。咱们还是在一块联想为容纳100万个量子比特的芯片上放手了八个拓扑量子比特。”
百万量子比特的量子计较机不单是是一个里程碑，更是不休宇宙上一些最费事问题的途径。即使是现时最盛大的超等计较机也无法准确预测决定咱们畴昔必不可少的材料特点的量子经过。但这种范围的量子计较不错带来创新，举例建立桥梁缝隙的自建立材料、可握续农业和更安全的化学发现。今天需要耗尽数十亿好意思元进行详备的实验搜索和湿实验室实验的东西，不错通过量子计较机的计较找到。
“咱们通往实用量子计较的谈路很明晰。基础手艺还是赢得考据，咱们驯顺咱们的架构是可推广的。咱们与 DARPA 的新条约标明咱们致力于于不懈地朝着咱们的指标前进：建造一台好像激动科学发现并不休蹙迫问题的机器。”微软在其博客上写谈。
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