微软研究人员宣布，他们在一种以奇异物质状态存储信息的设备中，成功创造了首批“拓扑量子比特”，这可能标志着量子计算领域的一项重大突破。
与此同时，研究人员还在《自然》杂志上发表了一篇论文，并公布了一份“路线图”，阐述了后续工作。据称，Majorana 1处理器的设计目标是容纳多达一百万个量子比特，这可能足以实现量子计算的许多重要目标——例如破解密码和更快地设计新药和材料。
如果微软的声明最终被证实，该公司可能会超越竞争对手，如IBM和谷歌，这些公司目前似乎在建造量子计算机的竞赛中处于领先地位。
然而，经过同行评审的《自然》杂志论文仅展示了研究人员所宣称的部分内容，而路线图仍然包含许多需要克服的障碍。尽管微软的新闻稿展示了据称是量子计算硬件的东西，但我们没有关于它能做什么的独立证实。尽管如此，来自微软的消息仍然非常有希望。
到现在，你可能有一些疑问。什么是拓扑量子比特？量子比特究竟是什么？人们为什么首先想要量子计算机？
量子比特难以构建
量子计算机最早是在20世纪80年代被构想出来的。普通计算机将信息存储在比特中，而量子计算机则将信息存储在量子比特中。
普通比特的值可以是0或1，但量子比特（由于支配微小粒子的量子力学定律）可以是两者的组合。如果你把普通比特想象成一个可以指向上或向下的箭头，那么量子比特就是一个可以指向任何方向的箭头（或者说是“向上”和“向下”的“叠加态”）。
这意味着量子计算机在某些类型的计算中会比普通计算机快得多——特别是那些与破解密码和模拟自然系统有关的计算。
到目前为止，一切都很好。但事实证明，构建真正的量子比特并从中获取信息是非常困难的，因为与外部世界的相互作用会破坏内部脆弱的量子态。
研究人员尝试了许多不同的技术来制造量子比特，例如使用被困在电场中的原子或在超导体中旋转的
电流涡流。
微小的导线和奇异的粒子
微软采用了一种非常不同的方法来构建其“拓扑量子比特”。他们使用了被称为马约拉纳粒子的东西，这是意大利物理学家埃托雷·马约拉纳在1937年首次提出的理论。
马约拉纳粒子不是像电子或质子那样自然存在的粒子。相反，它们只存在于一种名为拓扑超导体的稀有材料中（这需要先进的材料设计，并且必须冷却到极低的温度）。
事实上，马约拉纳粒子非常奇异，通常只在大学中进行研究，而不会用于实际应用。
微软团队表示，他们使用了一对微小的导线，每根导线的两端都捕获了一个马约拉纳粒子，以充当量子比特。他们使用微波测量量子比特的值，该值通过电子是在一根导线还是另一根导线中来表示。
编织的比特
为什么微软要付出如此多的努力？因为通过交换马约拉纳粒子的位置（或以某种方式测量它们），它们可以被“编织”，从而可以无误差地测量，并且能抵抗外部干扰。（这就是“拓扑量子比特”中的“拓扑”部分。）
理论上，使用马约拉纳粒子制成的量子计算机可以完全消除困扰其他设计的量子比特错误。
这就是为什么微软选择如此看似费力的方法。其他技术更容易出错，可能需要数百个物理量子比特组合在一起才能产生一个可靠的“逻辑量子比特”。
微软反而将时间和资源投入到开发基于马约拉纳的量子比特上。虽然他们在大型量子派对上迟到了，但他们希望能够迅速赶上。
总有陷阱
一如既往，如果某件事听起来好得令人难以置信，那么肯定有陷阱。 即使是像微软宣布的那种基于马约拉纳粒子的量子计算机，也有一种操作——称为 T 门——无法在没有错误的情况下实现。
因此，基于马约拉纳粒子的量子芯片只是“几乎无错误”。然而，纠正 T 门错误比其他量子平台的通用错误纠正要简单得多。
事实上，马约拉纳粒子非常奇异，通常只在大学中进行研究，而不会用于实际应用。
微软团队表示，他们使用了一对微小的导线，每根导线的两端都捕获了一个马约拉纳粒子，以充当量子比特。他们使用微波测量量子比特的值，该值通过电子是在一根导线还是另一根导线中来表示。
接下来呢？ 微软将努力推进其路线图，稳步构建越来越大的量子比特集合。
科学界将密切关注微软的量子计算处理器如何运行，以及它们与其他已建立的量子计算处理器相比表现如何。
与此同时，全球各地的大学将继续对马约拉纳粒子的奇异和晦涩行为进行研究。
