Majoranana微软发布量子计算芯片十七年的密谋就是这样？

02-22 07:50

电子爱好者网报道(文章 / 本周三(22周三，吴子鹏) 月 20 日)，微软公司宣布推出其首款量子计算芯片，命名为“ Majorana 1。微软在《自然》杂志上发表的一篇同行评审文章中详细阐述了这一研究成果。他们创造了一种由砷化和铝制成的新材料，并将其集成在芯片上。 8 一个拓扑量子比特，最终有望扩展到百万。

就量子比特数量而言，微软首个量子芯片与世界领先地位存在一定差距，其量子比特数量低于 IBM 最新Cpu R2 Heron 芯片 156 个，不如谷歌 Willow 芯片 105 还有国产量子芯片 “祖冲三号” 超导量子芯片 105 个。这样不禁让人产生疑问，微软刻苦钻研 17 2008年，发布的竟然是这样一款量子比特数量不多的。 "落后" 芯片，它到底有什么独特之处？

量子计算：未来科技竞争的焦点

随着科学技术的飞速发展，量子计算逐渐成为未来科学竞争的核心领域。量子计算基于量子力学原理，具有远超传统计算机的计算能力，借助量子比特的叠加状态和纠缠状态。这种复杂的计算任务，可以在很短的时间内完成传统计算机需要很长时间的处理，给广大领域带来革命性的突破。

全世界的国家都对量子计算的巨大潜力有着敏锐的洞察，纷纷加大力度，进行残酷的竞争。美国凭借强大的科研实力和丰富的资源，在量子计算领域不断发挥实力，许多科技巨头和顶尖科研机构不断取得新的突破；欧洲国家通过联合项目整合资源，共同推动量子技术发展；近年来，中国在量子计算领域取得了巨大的成就，从量子卫星的成功发射到量子芯片技术的不断创新，展现了强大的科研实力和追求的决心。

全球量子芯片的发展状况

现在，已经发布的量子芯片，IBM 最新Cpu R2 Heron 芯片领先，也叫第二代。 IBM Quantum Heron R。与上一代相比，Cpu处理速度有所提高。 50 倍，可以支持高达 5,000 二次量子比特操作。R2 Heron 芯片选用 156 构建六边形晶格结构的量子比特，引入双极系统减少机制，有效减少量子比特之间的影响，配合可调耦合器设计，抑制信号串扰。

在 R2 Heron 芯片以后，IBM 还有更大的发展规划，致力于 2025 年底前推出 IBM Quantum Flamingo。将两个连接起来 Heron R2 芯片，Flamingo 远距离量子比的特殊操作已经完成，为建立大规模量子系统奠定了基础，在长线运行方面具有优势。配合 IBM 对于量子系统软件栈的更新升级，如引入参数化编译等，可以支持每秒超过 150,000 二次线路层操作（CLOPS）。同时，IBM 这个计划由三个组成 Flamingo 由Cpu组成的量子系统，共计 1,386 量子比特。

除了美国，欧洲还有一些领先的量子芯片案例，包括 Oxford Ionics 离子陷阱量子芯片，Pasqal 基于中性原子的量子芯片，IQM 超导量子芯片。其中，Oxford Ionics 离子陷阱量子芯片摒弃了传统依靠激光控制量子比特的方式，将离子陷阱技术与硅芯片技术相结合，将量子比特的控制部件直接嵌入硅片中。对于双量子比特操作，保真度已达到 99.97%；实现单量子比特操作的保真度 99.9992%。该公司计划建立一个可扩展的计划 256 可以在现有的半导体生产线上生产量子比特芯片。

我们国家的量子芯片发展也是世界第一梯队。前面提到的 “祖冲三号” 该芯片由中国科技大学及其合作团队开发，采用先进的倒装芯片技术，集成 105 量子比特和 182 个耦合器。单量子比特门，双量子比特门，读取保真度各自达到。 99.90%、99.62% 和 99.18%。还有一款由本源量子研发的“悟空芯”是中国最新的超导量子芯片，其型号为夸父。 kfc72 - 300，配备第三代自主超导量子计算机 “源头悟空” 上，拥有 72 一个超导量子比特。

微软 Majorana 1 芯片：实力不可小觑

对量子芯片而言，一般量子比特位数越多，计算能力呈指数级增长。量子计算的强大之处在于量子比特的叠加和纠缠特性，每增加一个量子比特，量子系统所能表达的状态数就会翻倍。比如，1 可以表示一个量子比特 2 种状态，2 可以表示一个量子比特 4 种状态，3 一可以表示一个量子比特 8 种类状态，以此类推，n 可以表示一个量子比特 2 ⁿ种状态。也就是说，量子比特位数的增加可以使量子计算机在同一时间内处理更多的数据，解决更复杂的问题。

从这个角度来看，微软新发布的 Majorana 1 芯片似乎缺乏竞争力。然而，微软发布这个芯片的目的并不是为了显示其强大的计算性能，而是为了诠释一种全新的量子计算技术。

据报道，微软已经花费了 17 每年的时间旨在为量子计算创造新的材料和结构。Majorana 1 采用拓扑核心结构，采用拓扑导体材料砷化和铝，采用分子束外延技术制造原子级。该芯片可以生成马约拉纳零能模具，这样构建的拓扑量子比特具有非阿贝尔统计特性，可以非局域存储量子信息，比传统超导、离子陷阱等量子比特具有更强的抗环境干扰能力，为量子计算的稳定性奠定了坚实的基础。

同时，Majorana 1 数字控制用于芯片拓扑量子比特。与传统量子比特相比，通过简单的脉冲连接量子点和纳米线需要复杂的模拟信号，操作更简单，容错率更高。现在 Majorana 1 在芯片之后，微软构想将来这个芯片最终可以容纳。 100 一万个量子比特。当前，芯片的能力仅限于解决数学问题，以确定其可控性。

微软工程师表示，拓扑量子比特的发展已经足够成熟，可以作为未来量子计算机的基础。随着技术的不断发展，微软的量子计算之路可能会给我们带来更多的惊喜。

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