发布日期：2024-12-31 01:14 点击次数：142
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当地时候2月19日，微软致密发布了旗下首款量子计较芯片“Majorana 1”，这亦然民众首款拓扑量子比特驱动的量子处理器。“Majorana 1”承袭了一种名为拓扑导体（topoconductor）的打破性材料制成，咫尺可在芯片上扬弃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。异日以致不错在单个芯片上彭胀到100万个量子比特。咫尺关市欢头论文照旧发表在了《当然》杂志上。
行使新式材料
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色，这种翻新性的材料的出现不错使咱们大略创造拓扑超导性。这一跳动源于微软在联想和制造栅极界说开辟方面的创新，这些开辟结合了砷化铟（一种半导体）和铝（一种超导体）。当冷却到接近宽裕零度并用磁场调遣时，这些开辟会酿成拓扑超导纳米线，导线终端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，咱们不错把柄需要在拓扑导体中创建和猖狂们。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移动。任何未配对的电子王人不错被检测到，因为它的存在需要独特的能量。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。这种独到的属性保护了量子信息。
固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：咱们怎么读取荫藏得如斯好的量子信息？咱们怎么离别 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处理决策如下（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细小半导体器件。
这种聚会晋升了点保抓电荷的智商。至关伏击的是，着实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景色。
微软用微波测量这种变化。量子点保抓电荷的智商决定了微波怎么从量子点反射。因此，它们会带着纳米线量子态的印章复返。
微软联想的开辟足以让这些变化大到足以在一次测量中可靠地进行测量。领先的测量裂缝概率为 1%，但现在照旧敬佩了彰着的路子来显贵裁减这一裂缝。
微软暗示，该系统施展出了令东说念主印象深远的领悟性。外部能量（举例电磁放射）不错繁芜库珀对，产生不行对的电子，从而将量子比特的景色从偶数变为奇数。但是，最终效果标明这种情况很有数，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相背此类放射。微软正在探索进一步减少这种情况的门径。
量子计较需要咱们联想一种挑升用于终了量子计较的新物资景色，这也许并不奇怪。值得预防的是，微软的读出时代照旧很是精准，这标明微软正在行使这种奇异的物资景色进行量子计较。
通过数字精度透顶改造量子猖狂
这种读出时代终明晰从根柢上不同的量子计较门径，其中使用测量来引申计较。
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猖狂信号。这使量子纠错 (QEC) 变得复杂，因为量子纠错必须依靠这些相通明锐的操作来检测和雠校演叨。
微软基于测量的门径大大简化了 QEC。咱们完全通过由聚会和断开量子点与纳米线的肤浅数字脉冲激活的测量来引申裂缝校正。这种数字猖狂使得管制骨子应用所需的大批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打破转向骨子实施。
下一步是围绕单量子比特开辟（称为 Tetron）构建可彭胀架构（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《当然》论文中时势的疏通时代。
△图 2：使用四元组终了容错量子计较的阶梯图。第一幅图展示了一个单量子比特开辟。四元组由两条平行拓扑线（蓝色）构成，ag百家乐两个平台对打可以吗两头各有一个 MZM（橙色点），由垂直普通超导导线（浅蓝色）聚会。第二幅图展示了一个扶助基于测量的编织变换的双量子比特开辟。第三幅图展示了一个 4×2 四元组阵列，扶助在两个逻辑量子比特上进行量子裂缝检测演示。这些演示旨在终了量子裂缝校正，举例右侧面板中所示的开辟（27×13 四元组阵列）。
另一个要津操作是将量子比特置于奇偶校验态的相通中。这亦然通过对量子点进行微波反射测量来终了的，但测量建设不同，微软将第一个量子点与纳米线分离，并将另一个点聚会到开辟一端的两条纳米线上。通过引申这两个正交的泡利测量Z和X，微软展示了基于测量的猖狂——这是开启其阶梯图下一步的要津里程碑。
微软的阶梯图现在系统地指向可彭胀的 QEC。下一步将触及 4×2 四量子阵列。微软将来源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，咱们将使用扫数八量子比特阵列在两个逻辑量子比特上终了量子裂缝检测。
拓扑量子比特的内置演叨保护简化了 QEC。此外，与之前的先进门径比拟，微软的自界说 QEC 代码将支出减少了大致十倍。这种大幅减少意味着其可彭胀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 的招供
好意思国国防高档接头斟酌局(DARPA) 已采用微软算作两家参加其严格基准测试斟酌终末阶段的公司之一，该斟酌名为实用级量子计较未开发系统 (US2QC)，是 DARPA 大型量子基准测试斟酌 (QBI) 的构成部分之一。微软以为这一认然而对其构建具有拓扑量子位容错量子计较机阶梯图的招供。
DARPA 的 US2QC 斟酌卓越更平时的量子基准测试斟酌代表了一种严格的门径来评筹商子系统，这些系统不错处理超出传统计较机智商的问题。迄今为止，US2QC 斟酌汇集了来自 DARPA、空军接头现实室、约翰霍普金斯大学应用物理现实室、洛斯阿拉莫斯国度现实室、橡树岭国度现实室和 NASA 艾姆斯接头中心的巨匠，以考据量子硬件、软件和应用标准。推断异日，边界更大的量子基准测试斟酌推断将与更多巨匠谐和，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候内构建出实用级量子计较机，因此遴荐了微软进行早期阶段的接头。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斟酌。经过仔细分析，DARPA 和微软签署了一项契约，启动该名堂的终末阶段。在此阶段，微软筹谋在数年内（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津加快标准。
解锁量子的远景
微软暗示：“十八个月前，咱们制定了量子超等计较机的发展阶梯图。今天，咱们终明晰第二个里程碑，展示了寰球上第一个拓扑量子比特。咱们照旧在一块联想为容纳100万个量子比特的芯片上扬弃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，更是处理寰球上一些最贫瘠问题的路子。即使是现在最纷乱的超等计较机也无法准确预测决定咱们异日必不可少的材料特色的量子经由。但这种边界的量子计较不错带来创新，举例诞生桥梁裂缝的自诞生材料、可抓续农业和更安全的化学发现。今天需要陡然数十亿好意思元进行详备的现实搜索和湿现实室现实的东西，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说念路很澄清。基础时代照旧赢得考据AG百家乐透视软件，咱们信托咱们的架构是可彭胀的。咱们与 DARPA 的新契约标明咱们戮力于于不懈地朝着咱们的缱绻前进：建造一台大略推进科学发现并处理伏击问题的机器。”微软在其博客上写说念。
