微软今天推出了Majorana 1，这是世界上第一款由新的拓扑核心架构驱动的量子芯片。

它利用世界上第一种拓扑导体，这是一种突破性的材料，可以观察和控制马约拉纳粒子，从而产生更可靠和可扩展的量子比特，这是量子计算机的构建块。

微软表示，拓扑导体和它们所支持的新型芯片为开发可扩展到一百万量子位的量子系统提供了一条道路，能够解决最复杂的工业和社会问题。

微软表示，这种用于开发Majorana 1处理器的新架构提供了一条清晰的路径，可以在一个手掌大小的芯片上实现一百万个量子比特。这是量子计算机提供变革性现实世界解决方案所需的门槛，例如将微塑料分解成无害的副产品，或发明用于建筑、制造或医疗保健的自愈材料。目前世界上所有协同工作的普通计算机都无法做到一百万量子比特量子计算机所能做到的事情（量子计算机可以大幅度的加速计算过程）。

拓扑导体或拓扑超导体是一类特殊的材料，可以创造一种全新的物质状态——不是固体、液体或气体，而是拓扑状态。这被用来产生一个更稳定的量子比特，它快速、小巧，可以进行数字控制。

因此，微软开发了一种由砷化铟和铝制成的全新材料堆（超导体），其中大部分是微软逐个原子设计和制造的。微软表示，其目标是证明名为Majoranas的新量子粒子存在，并利用其独特的性质达到量子计算的下一个水平。

Majorana 1提供动力的拓扑核心在设计上是可靠的，在硬件层面具有抗错性，使其更加稳定。

商业上重要的应用还需要在一百万个量子比特上进行数万亿次操作，这对于目前依赖于对每个量子比特进行微调模拟控制的方法来说是难以实现的。微软团队的新测量方法使量子比特能够进行数字控制，重新定义并大大简化了量子计算的工作方式。

现在人们可以使用量子力学以令人难以置信的精度在数学上绘制自然界的行为——从化学反应到分子相互作用和酶能量——数百万量子比特机器应该能够解决化学、材料科学和其他行业中某些类型的问题，而这些问题是当今经典计算机无法准确计算的。

例如，它们可以帮助解决材料为什么会受到腐蚀或裂纹的难题。这可能会导致自愈材料修复桥梁或飞机部件的裂缝、破碎的手机屏幕或划伤的车门。

或者开发酶这种生物催化剂，由于只有量子计算才能提供对其行为的准确计算，酶可以在医疗保健和农业中得到更有效的利用。这可能会带来有助于消除全球饥饿的突破：提高土壤肥力以增加产量，或促进恶劣气候下粮食的可持续增长。

最重要的是，量子计算可以让工程师、科学家、公司和其他人在第一时间简单地设计出正确的东西，这将对从医疗保健到产品开发的一切产生变革。量子计算的力量与人工智能工具相结合，将使人们能够用通俗易懂的语言描述他们想要创造什么样的新材料或分子，并立即得到一个有效的答案——无需猜测或多年的试错。

量子世界根据量子力学定律运作，而量子力学定律与支配我们所看到的世界的物理定律不同。这些粒子被称为量子比特，类似于计算机现在使用的比特或1和0。

量子比特非常挑剔，极易受到来自其环境的扰动和错误的影响，这会导致它们崩溃和信息丢失。它们的状态也会受到测量的影响——这是一个问题，因为测量对计算至关重要。一个固有的挑战是开发一种可以测量和控制的量子比特，同时提供保护，防止环境噪声破坏它们。

量子比特可以用不同的方式创建，每种方式都有优缺点。近20年前，微软决定采用一种独特的方法：开发拓扑量子比特，它认为这将提供更稳定的量子比特，需要更少的纠错，从而释放速度、尺寸和可控性优势。这种方法带来了陡峭的学习曲线，需要未知的科学和工程突破，但也是创建可扩展和可控的量子比特的最有希望的途径，能够完成具有商业价值的工作。

缺点是——或者说曾经是——直到最近，微软试图使用的被称为Majoranas的奇特粒子从未被见过或制造过。它们在自然界中并不存在，只能通过磁场和超导体来诱导存在。开发合适的材料来创造奇异粒子及其相关的物质拓扑状态的困难是为什么大多数量子研究都集中在其他类型的量子比特上。

Majoranas隐藏了量子信息，使其更强大，但也更难测量。微软团队的新测量方法非常精确，可以检测到超导导线中10亿、10亿和1个电子之间的差异——这告诉计算机量子位处于什么状态，并构成量子计算的基础。

测量可以通过电压脉冲打开和关闭，比如轻弹电灯开关，而不是为每个单独的量子比特微调刻度盘。这种更简单的测量方法实现了数字控制，简化了量子计算过程和构建可扩展机器的物理要求。

微软的量子芯片Majorana 1包含量子比特和周围的控制电子设备，可以放在手掌中，整齐地安装在量子计算机中。

微软的拓扑量子比特架构将铝纳米线连接在一起形成一个H。每个H有四个可控的Majoranas，形成一个量子比特。这些H也可以连接，并像许多瓦片一样在芯片上布局。

量子芯片不能单独工作。它存在于一个具有控制逻辑的生态系统中：一个将量子比特保持在比外太空冷得多的温度下的冰箱，以及一个可以与人工智能和经典计算机集成的软件栈。

使材料堆叠正确以产生物质的拓扑状态是最困难的部分之一。微软的拓扑导体不是硅，而是由砷化铟制成的，砷化铟是一种目前用于红外探测器等应用的材料，具有特殊性能。由于极端寒冷，半导体与超导结合，形成了一种混合体。

具有幽默意味的是，这也是我们需要量子计算机的原因——因为理解这些材料非常困难。有了一台量子计算机，我们将能够更好的预测，计算出更好性能的材料，以构建下一代更高尺度的量子计算机。”。