欺诈新物资现象的冲破性量子芯片或引颈量子霸权之路
发布日期：2025-04-03 14:54 点击次数：66
Microsoft 科学家创造了一种量子处理器，该处理器欺诈了 1930 年代初次表面化的一种苍凉物资现象，为在几年内领有一百万个量子比特的处理器铺平了说念路。
新的 Majorana 1 量子诡计芯片配备了 8 个拓扑量子比特，这些量子比特欺诈新的物资现象来实践诡计。
Microsoft 的科学家们使用一种稀奇类别的材料制造了一种新的量子诡计芯片，该芯片约略欺诈新的物资现象。这一冲破可能使推断东说念主员约略比群众展望的要快得多地构建具有数百万个可靠量子比特的单个芯片——可能在短短几年而不是几十年内。
新的量子处理单位 （QPU） 称为“马约拉纳 1 号”，是一种八量子比特原型芯片，由寰球上第一种同类材料——拓扑导体或拓扑导体——构建而成。这不错达到物资的“拓扑”现象，并在稳当的条款下欺诈量子力学定律，以便在量子诡计机中处理诡计数据的 1 和 0。
这种新式量子比特称为“拓扑量子比特”，与由超导金属制成的量子比特比拟，它更结实、体积更小、功耗更低且更具可彭胀性，而超导金属是 Google、IBM 和 Microsoft 等公司制造的量子诡计机中最常用的量子比特类型。
“咱们退后一步说，'好吧，让咱们为量子时间发明晶体管。它需要具备哪些属性？'“Microsoft 时间推断员兼加州大学圣巴巴拉分校物理学老师 Chetan Nayak 在一份声明中说。“这等于咱们的确走到这一步的原因 — 恰是咱们新材料堆栈中的特定组合、质地和关键细节促成了新式量子比特，并最终促成了咱们的通盘架构。”
只好在推断东说念主员初次使用这种架构明确不雅察和截至一种具有稀奇性质的玄机亚原子粒子后，才有可能制造这种 QPU，该粒子由数学家 Ettore Majorana 于 1937 年建议表面，称为“马约拉纳费米子”或“马约拉纳零模式”（MZM）。
马约拉纳的表面建议，一个粒子不错是它我方的反粒子，而况本色上不错共存，而不单是是互相清除。
科学家们当年曾试图创造马约拉纳费米子以用于一种新式量子诡计。对马约拉纳费米子过火在量子诡计机中的拟议用途的探索最初了多年，包括据报说念在 2012 年和 2024年 4 月发现了该粒子。科学家们还在 2023 年 6 月发表了一项推断，呈文了物资拓扑现象的发现。
马约拉纳的表面建议，一个粒子不错是它我方的反粒子。这意味着表面上不错将其中两个粒子联接在一齐，它们要么在多半能量开释中互相清除（这是平时的），要么在配对时不错结实共存——为它们存储量子信息作念好准备。
这些亚原子粒子在当然界中不存在，因此为了鼓励它们成为实践，Microsoft 科学家必须在材料科学、制造面孔和测量时间方面得回一系列冲破。他们在 2 月 19 日发表在《当然》杂志上的一项新推断中综合了这些发现——这是一个长达 17 年面孔的振作。
这是“量子时间的晶体管”这些发现中的主要发现是创造了这种特定的拓扑导体，它被用作量子比特的基础。科学家们用一种材料堆栈构建了他们的拓扑导体，该材料堆栈将砷化铟制成的半导体（频繁用于夜视镜等拓荒）与铝超导体相结合。
推断东说念主员需要这些身分的正确组合，以触发向新的物资拓扑结构的所需转动。他们还需要创造相等具体的条款来收尾这一议论——即接近王人备零度的温度和披露在磁场中。只好这么，他们智商迎来 MZM 的存在。
新的 Majorana 1 Quantum 处理用具有 8 个拓扑量子比特，每个量子比特由超导和拓扑导线构成，以及 MZM 和一个半导体量子点。
为了构建一个尺寸小于 10 微米的量子比特——比超导量子比特小得多——科学家们将一组纳米线陈设成 H 形，两条较长的拓扑导线通过一根超导线在中心一语气。接下来，他们通过冷却结构并用磁场转念它，指令 4 个 MZM 存在于 H 的通盘四个点上。终末，为了测量拓荒初始时的信号，他们将 H 与半导体量子点一语气起来——十分于一个带电的小电容器。
拓扑导体与超导体的不同之处在于它们在承受不可对电子负载时的行为模式。在超导体中，电子频繁与奇数个电子（任何不可对的电子）配对（称为库珀对），这些电子需要多半能量来容纳或插足引发态。基态和引发态之间的能量差是超导量子比特中数据 1 和 0 的基础。
与超导体同样，拓扑导体使用不可对电子的存在或不存在动作诡计数据的 1 和 0，但该材料不错通过在成对电子之间分享不可对电子的存在来“荫藏”不可对电子。这意味着当未成对的电子添加到系统中时，莫得可测量的能量各异，从而使量子比特在硬件级别愈加结实并保护量子信息。但是，这也意味着更难测量量子比特的量子现象。
这等于量子点的用武之地。科学家们通过 MZM 将单个电子从量子点放射到导线的一端，然后它通过另一个 MZM 从另一端出现。发生这种情况时，通过用微波爆破量子点，复返的反射会带有纳米线量子态的钤记。
科学家们在推断中暗示，这种测量的准确性约为 99%，并指出电磁辐射是平均每毫秒触发一次谬误的外部因素的一个例子。科学家们暗示，这种情况很稀有，标明新式处理器的固有屏蔽层不错有用地将辐射拒之门外。
通往 100 万个量子比特的说念路“这很复杂，因为咱们必须展示一种新的物资现象智商到达何处，但在那之后，它就十分简单了。它平铺了。你领有这种更简单的架构，有望提供更快的彭胀旅途，“Microsoft 首席推断司理 Krysta Svore 在声明中说。
Svore 补充说，这种称为“拓扑中枢”的新量子比特架构代表了创建可用的 100 万量子比特量子诡计机的说念路上的第一步——将其创建比作 20 世纪从使用真空管构建诡计机到晶体管的转动。
科学家们在推断中暗示，这要归功于量子比特更小的尺寸和更高的质地，以及由于量子比特像图块同样组合在一齐的模式，它们很容易彭胀。
在畴昔几年内，科学家们筹谋构建一个具有 100 万个物理量子比特的单个芯片，这反过来又会在医学、材料科学和咱们对当然的结实等规模带来有用的科学冲破，而这些冲破是使用最快的超等诡计机无法收尾的。
科学家们筹谋在畴昔几年纠正这项时间，以达到 100 万个物理量子比特的量子芯片的经由。
但是，量子芯片并不是孤马上使命。相悖，它与稀释雪柜一齐存在于生态系统中，以收尾酷寒的温度、惩处截至逻辑的系统以及不错与经典诡计机和东说念主工智能 （AI） 集成的软件。科学家们暗示，优化这些系统以使其约略在更大的范围内使命需要多年的进一步推断。但跟着进一步的冲破，这一时辰表可能会加速。
“这些材料必须无缺陈设。如若材料堆栈中有太多错误，它只会杀死你的量子比特，“Svore 在声明中说。“具有讥刺意味的是，这亦然咱们需要量子诡计机的原因——因为结实这些材料相等穷困。借助缩放的量子诡计机，咱们将约略展望具有更好性能的材料，从而构建高出限度的下一代量子诡计机。