近日谷歌在《自然》(Nature)雜志上發表了震驚科技圈的論文，聲稱他們的量子計算機“Sycamore”已經取得了量子霸權(quantum supremacy)，能在短短 3 分 20 秒內完成一項驗證大數字隨機性的任務。這意味著行業正朝著超強計算機邁出重要一步，也進一步證明利用量子力學規則確實能夠解決當前經典計算機無法處理的復雜難題。

　　而在這場量子計算的巨頭競爭中，微軟另辟蹊徑，希望通過重新設計量子計算的核心元素--量子位(qubit)來突破現有的桎梏。事實上，微軟一直在研究名為“拓撲量子位”(topological qubit)的技術，希望為量子計算機夯實基礎。微軟量子計算軟件部門總經理 Krysta Svore 說，在花了五年時間弄清拓撲量子位的復雜硬件之后，公司幾乎準備好使用它們。

　　本周四開幕的 IEEE International Conference on Rebooting Computing 大會上，Svore 表示：“我們已經花費了數年時間來開發這項技術，我堅信我們已經非常接近實現這一目標。”

　　在理論物理學家 Richard Feynman 提出量子計算概念的 50 多年后，量子理論正一步步走進現實。為駕馭規模化量子計算機而專門優化的新的編程語言，讓開發者能夠編寫量子程序，在當前的量子模擬器上調試，并能夠在未來真正的拓撲量子計算機上運行，微軟開發了拓撲量子位。

　　研究人員表示，量子計算最終將被用來解決全球社會面臨的最棘手的問題——從饑餓到氣候變化。Krysta Svore 表示：“量子計算機能夠對自然進行建模，而通過經典計算機，我們并不能真正了解這些流程。”專家認為，拓撲量子計算機最早的用途之一就是幫助人工智能研究人員利用機器學習，加快訓練算法的勞動密集型流程。

　　多年來物理學家一直在談論開發量子計算機的可能性，努力開發一個擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開發真正可行的量子計算機中發揮作用。對于那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來說，大約需要 1000 個物理量子位才能組成一個“邏輯”量子位，這種量子位非常可靠，足以用于任何真正有用的計算。

　　問題在于，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會“散開”，用外行話來說，就是它們不再是可用于計算的物理狀態。因此微軟引入了拓撲量子位概念，使其更加穩定，且能提供更多固有的防錯能力。根據定義，物質的拓撲狀態就是電子可被分解、并出現在系統不同地方的狀態。一旦電子被分解，就很難被干擾，因為你必須改變所有存儲在不同地方的信息。

Krysta Svore，在微軟負責基于量子計算機及量子模擬器運行的軟件開發工作。

　　為了創建完整的計算平臺基礎設施，微軟還同步開發用于拓撲量子計算的構建塊、軟件和編程語言。即使拓撲量子位預計比一般的量子位更強健，但它還是相當脆弱。保護它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。

　　微軟量子計算部門架構師 Douglas Carmean 帶領的團隊致力于開發一個讓量子位能夠在近乎絕對零度(或 30 毫開爾文)條件下運行的系統架構。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和計算機進行通信。

　　Svore 說，微軟拓撲量子位的主要優點是制作一個邏輯量子位所需的物理量子位更少。她說：“我們相信這會大大減少管理費用。”這意味著量子計算機將以更少的量子位運行，且運行效果更佳。

　　作為比較，谷歌的 Sycamore 量子計算芯片使用了 53 個物理量子位。而真正嚴謹的量子計算任務中，研究人員希望達到至少 100 萬量子位水平。不過擺在微軟面前的難題是尚不可用。要真正投入使用還需要一段時間的繼續開發。
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