量子计算界今天被一枚“科技核弹”轰动了，微软在2月20日发布了代号为Majorana 1的全球首个拓扑量子芯片，号称该芯片的出现是“向实用量子计算迈出了变革性的飞跃”。
传统量子比特非常不稳定，温度的一点变化，甚至外界的微小震动都可能会使它退相干丧失量子性，科学家们为此不得不把量子芯片泡在-273℃的液氦里，并且采取各种方法来防止外界的干扰，但是量子比特数还是难以满足大规模应用的需求。
微软这次的突破源于他们成功利用了理论物理界的“幽灵粒子”马约拉纳费米子。马约拉纳费米子的独特之处在于其反粒子就是它本身，这是一种非常适合量子计算机的性质，可以让量子计算机具有极高的稳定性和自纠错能力，但也正因其本身的性质，马约拉纳费米子并不以独立粒子的形式存在于自然界中，只能作为凝聚态系统中准粒子激发的形式出现，长期以来科学家们一直在努力寻找稳定产生这种粒子的方法。
微软制造的Majorana 1是通过一种由砷化铟(半导体)和铝(超导体)构成的全新的材料体系，即栅控器件来实现马约拉纳费米子的应用的。当冷却到接近绝对零度并用磁场调节时，这些器件会形成拓扑超导纳米线，导线末端具有马约拉纳零模(MZM)，MZM就是他们量子比特的构建块，其通过“parity”来存储量子信息(导线包含偶数还是奇数个电子)。
读取拓扑量子比特的状态
利用这种材料体系制造的拓扑导体，并不属于普通的固液气三态，而是处于一种此前仅存在于理论中的新物质状态，即拓扑量子态，这种状态下量子比特非常稳定，并且速度快、体积小，甚至可以进行数字控制。
据了解，要达到量子计算的下一个发展阶段实现量子计算的商业级应用，需要一种能够提供一百万个或更多量子比特并实现数万亿次快速可靠操作的量子架构，如果使用传统的方法来拓展，不但需要各种稳定和保护量子相干性的措施，还需要对每个量子比特进行精确的模拟控制，以现有技术水平这几乎不可能达成。而如果使用这种拓扑量子芯片，百万级的量子比特十分容易实现，并且可以通过数字化控制极大的简化量子计算的工作原理。
使用四元组实现容错量子计算的路线图
那么这种级别的量子计算机可以用来干什么呢？理论上100万量子比特，足够模拟宇宙中所有的化学反应，可以让人类轻松找到自修复材料和常温超导材料，同时量子计算机能以超级计算机无法匹敌的速度分解大数，让目前计算机安全系统最广泛使用的RSA加密形同虚设，而AI训练所需的巨大算力对于它也是九牛一毛，真正的人工智能也许很快就会到来……
这一切可能只需要巴掌大小的芯片即可实现，目前微软在一块设计为容纳一百万个量子比特的芯片上放置了八个拓扑量子比特，根据他们的路线图预计在几年内就能制造出具有实用意义的量子计算机，这次里程碑式的突破可能会让真正的量子计算时代以人类未曾想象的速度提前到来。
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