文字編輯｜ 宋雨涵

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二十年磨一劍：

拓?fù)淞孔有酒恼Q生

技術(shù)突破的核心：

拓?fù)淞孔颖忍氐母锩栽O(shè)計：Majorana 1芯片采用半導(dǎo)體砷化銦與超導(dǎo)體鋁的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過磁場調(diào)控形成拓?fù)涑瑢?dǎo)納米線，并在其兩端生成馬約拉納零能模（MZMs）。這種準(zhǔn)粒子通過“奇偶性”編碼量子信息，對外界噪聲具有天然抗干擾能力，其誤差率僅為傳統(tǒng)量子比特的1%。

數(shù)字化控制與測量技術(shù)：微軟開發(fā)了創(chuàng)新的微波反射測量法，可精確檢測超導(dǎo)納米線中十億個與十億零一個電子的差異，并通過數(shù)字脈沖實現(xiàn)量子態(tài)的開關(guān)控制，極大簡化了糾錯流程。

可擴(kuò)展性藍(lán)圖：盡管當(dāng)前芯片僅集成8個量子比特，但其“H”形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計允許像拼接瓷磚般擴(kuò)展至百萬級量子比特，最終目標(biāo)是實現(xiàn)單芯片每秒萬億次可靠運算。

技術(shù)優(yōu)勢：為何“巴掌大芯片”能碾壓超算？

傳統(tǒng)超算需耗費數(shù)百萬年才能解決的問題，未來或由一塊掌心大小的量子芯片輕松攻克。Majorana 1的顛覆性源于三大核心優(yōu)勢

容錯能力的飛躍

拓?fù)淞孔颖忍赝ㄟ^馬約拉納粒子的“去局域化”特性，將量子信息分布在線狀結(jié)構(gòu)中，使其對熱波動、電磁干擾等環(huán)境噪聲幾乎“免疫”。實驗數(shù)據(jù)顯示，其量子態(tài)每毫秒僅受一次外部干擾，遠(yuǎn)超谷歌、IBM等超導(dǎo)量子比特的穩(wěn)定性。

尺寸與能耗的極致壓縮

單個拓?fù)淞孔颖忍貎H0.01毫米，且控制電路高度集成。相比之下，谷歌Willow芯片需在接近絕對零度的龐大實驗室環(huán)境中運行105個量子比特，而Majorana 1的緊湊設(shè)計可直接部署于微軟Azure數(shù)據(jù)中心，為商業(yè)化鋪平道路。

“自下而上”的制造范式

微軟采用逐個原子噴射材料的工藝，精確排列砷化銦與鋁的原子層，創(chuàng)造出拓?fù)涑瑢?dǎo)性。這種“教科書級”的工程創(chuàng)新，被技術(shù)研究員Chetan Nayak稱為“量子時代的晶體管發(fā)明”。

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科技巨頭的量子競賽

全球量子芯片發(fā)展現(xiàn)狀

谷歌

2024年底，谷歌震撼發(fā)布了其最新的105量子比特Willow芯片。這款芯片基于傳統(tǒng)超導(dǎo)技術(shù)，展現(xiàn)了谷歌在量子計算領(lǐng)域的深厚底蘊(yùn)。然而，盡管Willow芯片在性能上取得了顯著突破，但其擴(kuò)展性卻引發(fā)了業(yè)界的擔(dān)憂。由于依賴傳統(tǒng)超導(dǎo)技術(shù)，Willow芯片在進(jìn)一步擴(kuò)展量子比特數(shù)量時可能面臨諸多挑戰(zhàn)。

了解詳情請點擊此前算力豹報道：

谷歌量子芯片引爆熱議：5分鐘算完102?年任務(wù)，強(qiáng)的離譜，馬斯克不禁為其點贊！

IBM

目前，已發(fā)布的量子芯片中，IBM最新處理器R2 Heron芯片較為領(lǐng)先，也稱為第二代IBM Quantum Heron R。該處理器計算速度相較前代提升了50倍，可支持高達(dá)5,000次雙量子比特門操作。R2 Heron芯片采用156個量子比特，構(gòu)建成六邊形晶格結(jié)構(gòu)，并引入雙級系統(tǒng)緩解機(jī)制，有效減少量子比特之間的干擾，配合可調(diào)耦合器設(shè)計抑制信號串?dāng)_。

IBM Quantum Heron R，圖源：IBM

在R2 Heron芯片取得成功之后，IBM正緊鑼密鼓地推進(jìn)其量子計算發(fā)展計劃，目標(biāo)是在2025年底之前隆重推出IBM Quantum Flamingo。Flamingo通過巧妙連接兩個Heron R2芯片，實現(xiàn)了量子比特門的長距離操作，這一突破為構(gòu)建更大規(guī)模的量子系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)，并在長線路運行方面展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢。與此同時，IBM對量子系統(tǒng)軟件棧進(jìn)行了全面更新和優(yōu)化，其中引入的參數(shù)化編譯等技術(shù)，使得系統(tǒng)能夠支持每秒超過150,000次的線路層操作（CLOPS）。此外，IBM還雄心勃勃地計劃打造一個由三個Flamingo處理器組成的量子系統(tǒng)，該系統(tǒng)將擁有高達(dá)1,386個量子比特。

IBM Quantum Flamingo，圖源：IBM

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挑戰(zhàn)與隱憂

技術(shù)烏托邦的另一面

隨著量子計算技術(shù)的迅猛發(fā)展，其商業(yè)化進(jìn)程正面臨著多重挑戰(zhàn)與隱憂。英偉達(dá)CEO黃仁勛曾潑冷水指出，量子計算要超越傳統(tǒng)芯片還需至少20年，而微軟的樂觀預(yù)測雖令人振奮，卻也不得不面對工程化量產(chǎn)、低溫控制成本等現(xiàn)實難題。此外，量子計算機(jī)的數(shù)據(jù)安全與倫理風(fēng)險同樣不容忽視。一旦量子計算機(jī)成熟，其強(qiáng)大的計算能力可能輕易破解現(xiàn)有的加密體系，對金融、國防等領(lǐng)域的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。微軟雖未公開其芯片的軍事應(yīng)用細(xì)節(jié)，但其與美國國防高級研究計劃局（DARPA）的合作背景卻引發(fā)了地緣政治的聯(lián)想，進(jìn)一步加劇了數(shù)據(jù)安全與倫理風(fēng)險的擔(dān)憂。更令人憂慮的是，若拓?fù)淞孔佑嬎愠蔀橹髁骷夹g(shù)，微軟可能憑借專利壁壘掌控下一代計算生態(tài)，從而加劇科技霸權(quán)，導(dǎo)致技術(shù)壟斷，影響技術(shù)公平性與普及性。

寫在最后

Majorana 1的發(fā)布，既是微軟20年堅持的里程碑，也是人類探索量子疆域的號角。正如納德拉所言：“這無關(guān)技術(shù)炒作，而是打造真正服務(wù)于世界的工具?！比欢?，科學(xué)奇跡與商業(yè)野心的交織中，質(zhì)疑與挑戰(zhàn)將始終伴隨。當(dāng)巴掌大的芯片握于掌心時，人類是否已準(zhǔn)備好駕馭它的力量？答案或許就在“幾年內(nèi)”揭曉。

lixiangjing

算力豹主編