微软量子计算研发如何？想在核心元件取得进展

谷歌刚刚宣布实现了“量子霸权”(quantum supremacy)，这个里程碑可以让量子计算机以当今技术无法想象的速度进行计算。但微软希望自己在重新设计量子计算的核心元素--量子比特(Qubit)方面取得更大进展。

微软始终在研究名为拓扑量子比特（topological qubit）的技术，并预计其将为量子计算带来无法想象的好处。微软量子计算软件部门总经理克里斯塔·斯沃尔(Krysta Svore)表示，在花了五年时间搞清楚拓扑量子比特所需的复杂硬件后，该公司近乎准备好将它们投入使用。

图：微软的量子计算团队正在研究名为拓扑量子比特的技术

传统计算机将数据存储为表示0或1的位。然而，通过被称为“叠加”的特殊量子物理原理，量子比特可以同时存储0和1的组合。量子比特还可以通过与另一种叫做“纠缠”的现象相结合，使得量子计算机能够同时探索一个问题的大量可能解决方案。

然而，量子计算面临的一个基本问题是量子比特很容易受到干扰，这就是为何量子计算机的核心被安置在巨大冷藏容器中的原因。然而，即使有了这种隔离，单个量子比特今天也只能在几分之一秒内完成有用的工作。为了进行补偿，量子计算机设计者计划采用名为纠错的技术，将许多量子比特连接起来，形成一个称为逻辑量子比特的有效量子比特。其思想是，即使逻辑量子比特的许多基本物理量子比特误入歧途时，逻辑量子比特依然可以执行有用的处理工作。

微软拓扑量子比特的主要优势在于，制造一个逻辑量子比特所需的物理量子比特较少。具体地说，使用微软的拓扑量子比特，一个逻辑量子比特需要10到100个物理量子比特。相比之下，其他方法大约需要1000到20000个物理量子比特。这意味着，利用微软技术构建的量子计算机只需更少的量子比特就能变得更实用。

与之相比，谷歌的量子计算芯片Sycamore使用了53个物理量子比特。对于重要的量子计算工作，研究人员希望达到至少100万量子比特的水平。

不过，微软拓扑量子比特的一个缺点是它们还不能使用。替代设计可能不能很好地工作，但它们目前正在现实世界中进行测试。微软希望将其技术应用于帮助解决化学问题，如更有效地制造化肥，或安排卡车加速运输和减少交通拥堵。

微软也在努力改进量子计算的其他方面，比如控制系统。在今天的量子计算机中，它是由数百根电线组成的复杂系统，每根电线都是昂贵的同轴电缆，用来与量子比特通信。微软的最新量子计算机控制系统，使用的电线要少得多，从216根降到只有3根。