微软发布Majorana 1芯片,开启量子计算新路径

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微软今日推出Majorana 1 ,这是一款基于拓扑核心(Topological Core)架构 的全新量子芯片,旨在加速量子计算的发展,使其在数年内而非数十年内实现工业级应用。

🔹突破性的拓扑超导材料

Majorana 1的核心技术在于全球首个拓扑超导体(topoconductor) ,这是一种全新物质形态 ,不同于固体、液体或气体。该材料能够观察和控制Majorana粒子,从而创建更稳定、可扩展的量子比特(qubit),这也是量子计算的基本单元。

微软技术专家Chetan Nayak表示:"我们退后一步思考,'让量子计算进入晶体管时代需要什么?' 于是我们发明了拓扑量子比特,并由此构建了全新的计算架构。"


🔹可扩展至百万量子比特,解决现实问题

目前全球所有传统计算机的计算能力加总,仍无法与一台百万量子比特的计算机 相比。微软表示,Majorana 1的架构可以在一颗手掌大小的芯片上集成百万级量子比特 ,突破传统量子计算的瓶颈,使其能够解决工业和社会领域的复杂问题,例如:

分解微塑料 ,将其降解为无害副产物

开发自修复材料 ,应用于建筑、制造业和医疗领域

优化催化剂 ,用于碳捕获或污染物降解

精准模拟酶反应,提升农业和医疗科技

Nayak表示:"如果你的量子计算路线不能走向百万量子比特,你迟早会遇到瓶颈,无法解决真正重要的问题。而我们已经规划好了这条路径。"


🔹拓扑量子比特的优势:更稳定、更高效

拓扑超导体能够创造独特的量子态 ,使量子比特更加稳定,并减少环境干扰带来的计算误差。微软研究团队在最新发表的《Nature》论文中,展示了如何成功创建并测量这些量子特性,这是量子计算走向实用化的关键一步。

此外,传统量子计算需要对每个量子比特进行精确的模拟控制 ,这对大规模扩展极具挑战。而微软的设计支持数字化控制,可以像开关一样启用或禁用量子比特,极大简化了计算架构。


🔹DARPA与微软合作,推动商业化应用

微软已进入DARPA(美国国防高级研究计划局)US2QC计划 的最终阶段,该计划旨在打造全球首个实用级、容错量子计算机,即计算能力真正超越成本的量子系统。

微软还与QuantinuumAtom Computing 合作,推动当前量子计算机的工程突破,并通过Azure Quantum提供AI与量子计算结合的解决方案,让用户能在Azure平台上探索量子技术的潜力。


🔹重新定义量子计算规模化

微软量子团队成员Matthias Troyer表示,当前量子计算的最大挑战是扩展,而Majorana 1的设计让百万量子比特计算机变得现实可行。

"未来,企业只需要描述想要制造的材料或分子,量子计算机就能直接提供'配方'------无需漫长的试验与误差修正。"

这种能力将对医疗、材料科学、化学、工程等行业产生深远影响,使产品从设计到生产的效率大幅提升。


🔹量子计算的未来:原子级材料设计

微软的拓扑量子比特架构依赖于铟砷(indium arsenide)和铝(aluminum)组成的纳米级材料堆栈 。该材料必须原子级精准排列,否则会导致量子比特失效。

Krysta Svore表示:"我们必须逐个原子喷涂,材料中任何微小的缺陷都可能破坏整个量子比特。"

未来,量子计算本身也将用于优化量子材料 ,加速下一代计算机的发展,使整个行业进入自我优化的阶段。


🔹迈向实用级量子计算的关键一步

微软的Majorana 1不仅是一次材料科学的突破 ,更是量子计算向商业化迈进的关键里程碑 。随着百万量子比特计算机的实现,未来在科学研究、工程制造、环境保护、医疗创新等领域,量子计算或将带来变革性的影响。

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