微软突破技术限制，实现拓扑量子位元

　　微软AzureQuantum计划取得重大进展，该公司展示了拓扑量子位元（TopologicalQubits）构建模块，这项技术是目前最有望，能构建出真正具有量子优势的量子计算机。AzureQuantum团队所设计的精密设备，能够由一对马约拉纳零模（MajoranaZeroMode，或称马约拉纳束缚态）引发物质的拓扑相位，进而产生不怕环境噪声的拓扑量子位元。
　　这项进展之所以令人惊艳，是因为量子激发通常不存在于自然界中，必须在极其精确的条件下，才能被引发出现。从1973年马约拉纳提出马约拉纳费米子（MajoranaFermion）假想以来，科学家一直试图创造或是观察该粒子激发现象，而直到最近，科学家意识到，马约拉纳零模可以用于保护量子消息，在实现可靠运算方面能发挥重要作用。
　　AzureQuantum团队现在能够产生拓扑相位，并测量拓扑间隙，进而量化相位的稳定性。研究团队解释，拥有以马约拉纳零模以及可测量拓扑间隙，来创造和维持量子相位的能力，消除了产生拓扑量子位元的最大障碍。微软量子机器便是使用拓扑量子位元来存储和计算信息。
　　全世界的科学家，无不致力于开发可用于解决复杂能力的量子计算机，但事实上，要真正能够解决现实中复杂问题的量子计算机，需要拥有一百万或是更多数量的量子比特，目前为止，基于量子逻辑门的量子计算机，使用的量子位元都不到130个，微软研究人员提到，当今许多量子位元技术都存在限制，难以达到足以支持商业量子应用的规模。
　　而这也是AzureQuantum专注于开发拓扑量子位元的原因，与当前其他类型的量子位元相比，拓扑量子位元更有希望，开发出速度更快、体积更小且不容易丢失消息的量子计算机，微软认为，创建更稳定的拓扑量子位元，将是构建工业规模量子机器最快的途径。
　　但是过去研究拓扑量子位元的科学家，都无法确定是否能运用量子物理，来创造拓扑量子位元，直到现在，微软的科学家完成了这项困难的目标，并且制造出能够产生拓扑相位的设备（下图），而在证明拓扑量子位元确实可行之后，微软便能倾全力推进该领域的研究。
　　微软提到，开发量子计算机的一大挑战，是当量子位元遇到热、偏离的次原子粒子或是磁场等环境噪声时，就很容易崩溃或是量子去相干（QuantumDecoherence）。当信息丢失，量子位元不再能够用于计算，错误便会开始产生，量子计算机此时需要投入更多不可靠的量子位元来纠正错误，研究人员举例，这种情况就像是在房间中，让盘子在筷子上旋转，一个小干扰就可能导致一个盘子变得不稳定，并开始撞到其他盘子。
　　拓扑量子位元内置保护机制，使其不会受到环境噪声影响，这代表执行有用运算和纠正错误所需要的量子位元应该少得多，而且拓扑量子位元还能够快速处理信息，体积也够小，在一个比信用卡上安全芯片更小的设备，可以容纳超过百万个拓扑量子。
　　创建拓扑保护的关键，在于将量子信息编码成一对实体分离的马约拉纳零模，这使得拓扑量子位元能够对环境噪声免疫，噪声并不能与消息相互作用或是破坏，要解锁量子信息的唯一方法，是同时查看两种马约拉纳零模的组合状态。
　　AzureQuantum团队开发出一种工艺方法，能够以高可控和原子等级的精确度，将半导体和超导体材料分层打印到设备上，在特定磁场和电压条件下，该设备可以产生具有一对马约拉纳零模的拓扑相位。
　　目前这项技术已经走出实验室理论，并通过反复试验，进入以模拟、设计和工程材料的实践阶段，但微软量子软件计划领导工程师KrystaSvore（下图）提到，在创建可扩展的量子计算机路上，还有更具挑战性的工作要完成。接下来研究团队的工作，还包括让拓扑间隙更强健稳定，并且能够纠缠马约拉纳构建模块来产生量子位元，而且使用量子位元处理有意义的消息，需要在比外太空更冷的温度下进行。
　　量子计算机理论上，可以利用量子物理特性，包括叠加、纠缠和干涉，以极短的时间，解决具有大量变量的问题，找出可能的解决方案。微软将使用拓扑量子位元技术，开发能够与Azure古典计算资源协同工作的量子计算机，该公司提到，先开发出商用量子加速器的公司，将拥有强大的竞争优势。