微軟宣稱取得量子突破!打造基於準粒子的拓樸量子電腦

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 18 日 8:00 | 分類 Microsoft , 量子電腦 , 電腦 Telegram share ! follow us in feedly


微軟週一在其「Innovation Stories」官方新聞部落格上宣布,該公司成功建立可維持「拓樸量子位元」(Topological Qubit)的合適環境,並聲稱其「拓樸量子位元」是打造遠比其他已知量子位元所建造機器更加穩定且更具規模之量子電腦的跳板。

微軟在自家「拓樸量子位元」上的最大突破就是,這個新型的量子位元堪稱是下階段打造百萬量子位元電腦的基石,更是期望以最小規格來解決當前傳統電腦所不可能因應之大規模化難題的里程碑。該公司嘗試許多方式來實現切實可行的量子運算,其中一個方法就是打造基於準粒子(Quasiparticle)的未來量子電腦。

對此,微軟聘請了著名學者來解決物理上的挑戰,以打造拓樸量子電腦,包括曾獲 Villum Kann Rasmussen 年度技術和科學研究獎的哥本哈根大學 Niels Bohr 研究所教授暨丹麥國家研究基金會(Danish National Research Foundation)贊助之量子設備中心(Center for Quantum Devices)主任 Charles Marcus,以及荷蘭台夫特理工大學(Delft University of Technology )特聘教授暨 QuTech 量子技術先進研究中心創始主任  Leo Kouwenhoven。

一面資助 PsiQuantum 打造糾錯系統,一面打造不需糾錯系統的量子電腦

另一方面,微軟風投部門正嘗透過資助像是 PsiQuantum 之類的公司來支持能實現量子運算的更快方法。PsiQuantum 希望能在未來幾年內建立並營運一座有如資料中心一般大的糾錯系統。

有趣的是,微軟在資助糾錯系統的同時,另外又嘗試運用非阿貝爾任意子(non-Abelian anyon)來打造不需要糾錯系統就能作用的量子運算系統。這再再顯示了該公司嘗試從各種不同途徑與方法邁向量子運算世界的雄心。由於量子位元非常脆弱,易受物質及電磁輻射的干擾。為了解決這個問題,微軟打造出內建了可抵抗環境雜訊之保護機制的量子位元,來消除對糾錯系統的需要。這意味了它只需較少的量子位元就能進行有用的運算與糾錯。

成功建立「馬約拉納零模」與 Rambus 合作量子元件散熱技術

另一個將拓樸量子電腦從理論帶進真實世界的突破之舉就是,微軟總部研究人員成功在奈米線兩端建立「馬約拉納零模」(Majorana zero mode),或稱馬約拉納束縛態,進而為量子位元建立了保護層,並使計算操作成為可能。再者,微軟藉由特殊材料的使用,同時開發了一種能將半導體與超導材料在某元件上加以分層的新製程,成功將「馬約拉納零模」調至拓樸相位(Topological Phase)。

總而言之,微軟物理學家仍在努力建立關於任意子的概念,並將它視之為費米子(Fermion)與玻色子(Boson)兩種標準粒子之外的準粒子。微軟目前也和 Rambus 這類專注在量子元件散熱技術的公司合作,由於超導材料(溫度動輒在攝氏零下 180 度)的使用上,相關系統需要低溫冷卻技術,所以這方面的合作很重要。

(首圖來源:Microsoft