微軟量子計算研發如何？想在核心元件取得進展

穀歌剛剛宣布實現了“量子霸權”(quantum supremacy)，這個裏程碑可以讓量子計算機以當今技術無法想象的速度進行計算。但微軟希望自己在重新設計量子計算的核心元素--量子比特(Qubit)方麵取得更大進展。

微軟始終在研究名為拓撲量子比特（topological qubit）的技術，並預計其將為量子計算帶來無法想象的好處。微軟量子計算軟件部門總經理克裏斯塔·斯沃爾(Krysta Svore)表示，在花了五年時間搞清楚拓撲量子比特所需的複雜硬件後，該公司近乎準備好將它們投入使用。

圖：微軟的量子計算團隊正在研究名為拓撲量子比特的技術

傳統計算機將數據存儲為表示0或1的位。然而，通過被稱為“疊加”的特殊量子物理原理，量子比特可以同時存儲0和1的組合。量子比特還可以通過與另一種叫做“糾纏”的現象相結合，使得量子計算機能夠同時探索一個問題的大量可能解決方案。

然而，量子計算麵臨的一個基本問題是量子比特很容易受到幹擾，這就是為何量子計算機的核心被安置在巨大冷藏容器中的原因。然而，即使有了這種隔離，單個量子比特今天也隻能在幾分之一秒內完成有用的工作。為了進行補償，量子計算機設計者計劃采用名為糾錯的技術，將許多量子比特連接起來，形成一個稱為邏輯量子比特的有效量子比特。其思想是，即使邏輯量子比特的許多基本物理量子比特誤入歧途時，邏輯量子比特依然可以執行有用的處理工作。

微軟拓撲量子比特的主要優勢在於，製造一個邏輯量子比特所需的物理量子比特較少。具體地說，使用微軟的拓撲量子比特，一個邏輯量子比特需要10到100個物理量子比特。相比之下，其他方法大約需要1000到20000個物理量子比特。這意味著，利用微軟技術構建的量子計算機隻需更少的量子比特就能變得更實用。

與之相比，穀歌的量子計算芯片Sycamore使用了53個物理量子比特。對於重要的量子計算工作，研究人員希望達到至少100萬量子比特的水平。

不過，微軟拓撲量子比特的一個缺點是它們還不能使用。替代設計可能不能很好地工作，但它們目前正在現實世界中進行測試。微軟希望將其技術應用於幫助解決化學問題，如更有效地製造化肥，或安排卡車加速運輸和減少交通擁堵。

微軟也在努力改進量子計算的其他方麵，比如控製係統。在今天的量子計算機中，它是由數百根電線組成的複雜係統，每根電線都是昂貴的同軸電纜，用來與量子比特通信。微軟的最新量子計算機控製係統，使用的電線要少得多，從216根降到隻有3根。