微软重大突破！稳定的「天使量子位宝宝」， 一个顶一万个！

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高层速读：今日，微软研究员在《Nature》上发文，称他们了发现天使粒子——马约拉纳费米子（Majorana fermion）存在的有力证据，在由半导体和超导材料制作的纳米导线中，研究人员将电子分为了两半。这项发现意义重大，可使量子信息的储存更加稳定，加速商用量子比特研发的进程，也是微软在构建量子计算机的道路上的又一进步。

还记得2018年1月末微软在《金融时报》上立的flag吗？

微软称将在接下来的几周内宣布量子计算里程碑式的重大突破。虽然已经到了3月末，但微软终究公布了他的进展。

今日，微软研究员在《Nature》上发文，称他们了发现天使粒子——马约拉纳费米子（Majorana fermion）存在的有力证据，在由半导体和超导材料制作的纳米导线中，研究人员将电子分为了两半。

这项发现意义重大，由于量子位极不稳定，特别「闹腾」，极易与周围物质发生反应；而马约拉纳费米子作为「天使粒子」，呈电中性，性质比较稳定，可以转化为量子，是名副其实的「天使量子位宝宝」。它可使量子信息的储存更加稳定，加速商用量子比特研发的进程，同时也是微软在构建量子计算机的道路上的又一进步。

▲中间灰线是纳米导线，绿色是超导铝条

天使粒子是什么？

被称为「天使粒子」的马约拉纳费米子是一种费米子，其反粒子（质量相同，电荷等其他量子性质相反）为它本身，因此马约拉纳费米子呈电中性，很少与其他粒子发生相互作用，性质比较稳定。

研究人员依靠量子位（量子比特）将信息存储在量子计算机中，如经典计算机中的比特（bits），但这些量子却很不“安分”，它们时刻想和自己周围的环境进行互动，与环境的纠缠会导致存储在量子位中的信息丢失，因此研究人员希望这些量子保持在一种“真空”状态，与各种各样的噪声相隔绝。而性质相对稳定的「天使粒子」的马约拉纳费米子可以转化成量子，这从根本上加速了量子计算，也是构建量子计算机的重要一步。

▲量子计算机示例

微软量子计算业务发展总监Julie Love在接受采访时谈到：“我们的一个量子比特将会有1千个、甚至1万个嘈杂的量子比特那样强大。”并且，微软认为，将在今年年底费米子转化为量子，得到可工作的量子比特；并希望在5年内向其他企业提供可用的量子计算机。

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老大哥终于「重出江湖」

在量子计算研究领域，微软是开山最早的老大哥，是所有科技巨头中最早启动量子研究的企业。早在2005年，微软就秘密成立了「Station Q」实验室，由是拓扑数学家 Michael Freedman负责，并研发出了全球首个拓扑量子位。

在IBM发布了49量子比特的量子芯片后，谷歌发布了72量子比特的芯片，英特尔以及一些初创公司都研发出了一定数量量子比特的芯片，而微软那时却没有动静，看起来好像“落后了”？

究其不发布量子芯片的原因，微软表示：量子芯片远远不够！

据微软研究院多位研究员表示，「微软致力于构建一个全面的、可拓展的量子计算生态系统，只拥有50或者100个量子位的量子计算机对我们来说是远远不够的，我们希望量子计算机能够拓展到数千、数万、数十万甚至更多的量子位，这样才能够解决全球最具挑战性的问题。」

因此，微软把研究方向放在了其他方面，诸如量子开发工具包和拓扑量子位的研究。

微软量子开发工具包与拓扑量子位的研究

据微软雷德蒙研究院首席研究员Krysta Svore表示，微软希望将量子计算普及给更多的开发者。2017年，微软发布了量子开发工具包，其中包括专为量子计算开发的Q#编程语言、一款量子计算模拟器，以及能够帮助到量子程序开发者的其它资源。

因为量子计算机是一个与传统计算机相结合的混合设备，可以被看作是传统计算机的协处理器或者加速器，因此在量子计算机上面运行大部分代码都可以用普通语言来编写，然后通过调用Q#语言来运行在量子加速器中。量子算法和传统算法有很大的区别，Q#编程语言可以让开发人员轻松设置量子纠缠、叠加和干涉，从而降低量子程序开发门槛。

除了要降低量子程序的开发门槛，微软更加致力于稳定性更强、性能更佳的拓扑量子位的研究。

在上文中我们提到，量子位非常喜欢与周围环境发生互动，使计算过程产生各种错误，因此研究员需要让它们保持稳定状态，隔离周围噪音。隔离系统的方法有很多种，但拓扑量子是目前已知最高水平的解决方案，这也刚好是微软正在研究的内容。

▲微软雷德蒙研究院首席研究员Krysta Svore

关于拓扑量子位目前还没有明确地定义，但微软研究人员举了一个形象的例子：假设你想建一栋摩天大楼，如果使用砖头作为材料，会很慢、也很不坚固。这时候大多数人都会选择使用钢铁，钢铁会让大楼更加稳定和坚固。拓扑量子位就像“钢铁”，具有稳定性。

拓扑量子位可以更少的开销、更少的资源、更少的时间获得更加强大的计算能力和更多的量子位。通俗来说，拓扑量子位能够少花钱，多办事。并且如果要实现同样的计算能力，拓扑量子位所需的量子位更少。

量子计算功能强大，但就像超级计算机一样，不会取代经典计算机，它只会被用来解决某一类特殊的问题，在人工智能、机器学习、医学、健康、量子化学等方面才是量子计算机的用武之地，通常这些问题的解决需要经典计算机花费数十亿年的时间，而在量子计算机上，几周、几天、几小时甚至几秒钟，难题就能迎刃而解。

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