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微軟發(fā)現(xiàn)“天使粒子”馬約拉納費(fèi)米子的存在證據(jù) 這一突破對(duì)于微軟最終能否成功建造一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)至關(guān)重要。 IBM、谷歌、英特爾等大公司（甚至還有一些初創(chuàng)公司）已經(jīng)造出具有多個(gè)量子位（量子比特）的量子計(jì)算機(jī)。微軟看起來是落后的，它甚至沒有產(chǎn)生過一個(gè)量子位！但是，微軟正在研發(fā)自己的量子計(jì)算機(jī)，它結(jié)合brain-melting的物理機(jī)制，克服了困擾競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一大挑戰(zhàn)。如果一切順利的話，這將是一個(gè)非常重大的突破。  這是物理學(xué)家用來發(fā)現(xiàn)Majorana粒子最清晰信號(hào)的裝置。中間的灰線是納米線，綠色區(qū)域是超導(dǎo)鋁條。Credit: Hao Zhang/QuTech 量子計(jì)算機(jī)是以量子物理學(xué)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)，即研究微觀粒子的物理學(xué)。量子計(jì)算機(jī)被用于執(zhí)行普通計(jì)算機(jī)很難或不可能完成的計(jì)算。雖然谷歌有報(bào)道過72量子位的計(jì)算機(jī)，但這些都是不精確的量子位。來自外部環(huán)境的微小震動(dòng)或能量都可能導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤。但微軟的“拓?fù)洹绷孔佑?jì)算機(jī)可能能夠大大降低噪音。微軟研究人員今年取得了一系列重要進(jìn)展，包括今天發(fā)表在Nature的論文。他們認(rèn)為，將在今年年底前得到可工作的量子位。 微軟量子計(jì)算業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Julie Love幾周前接受采訪時(shí)說：“我們的一個(gè)量子位將會(huì)有1000個(gè)、甚至10000個(gè)嘈雜的量子位那樣強(qiáng)大。” 計(jì)算機(jī)以比特（bits）作為計(jì)算單位，即二進(jìn)制位，例如一枚硬幣，可以是正面，也可以是反面。一個(gè)量子比特（quantum bit），或稱量子位（qubit），也是一樣的，只不過在計(jì)算過程中，硬幣是在一個(gè)黑盒子里翻轉(zhuǎn)。在操作時(shí)，你可以在硬幣的每一面設(shè)置一些初始值，然后輸出硬幣是正面或反面的概率。只有打開盒子，你才能知道硬幣的值。計(jì)算過程是通過將幾個(gè)硬幣同時(shí)放在盒子中，并以某種方式讓它們相互作用，以讓上面的初始值發(fā)生數(shù)學(xué)上的交互�，F(xiàn)在，輸出就跟所有的硬幣相關(guān)，使得某些正面和反面的組合的概率更大，其他組合的概率更小。 這個(gè)系統(tǒng)可以用于很多事情，例如高級(jí)化學(xué)模擬、人工智能等。但關(guān)鍵是找到一種量子的“正面和反面”系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，兩種狀態(tài)可以形成疊加（黑盒子）、糾纏（將硬幣捆綁在一起）和干擾（硬幣在盒子中糾纏時(shí)，概率發(fā)生變化）。你還必須找到一個(gè)系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，即使你推（nudge）了盒子，硬幣也仍會(huì)繼續(xù)翻轉(zhuǎn)，或者找到一種方法構(gòu)建冗余（redundancies），以抵消“推”的影響。 微軟的研究人員認(rèn)為，克服這個(gè)問題的關(guān)鍵是拓?fù)湎到y(tǒng)（topological system）。這是一個(gè)工程系統(tǒng)，無論你如何改變它，都會(huì)保留一些固有的特性。這些特性即拓?fù)鋵?duì)象（ topological objects）。 研究人員首先需要構(gòu)建他們的拓?fù)鋵?duì)象。微軟專門制造了一條由銻化銦制成的半導(dǎo)體導(dǎo)線，并用超導(dǎo)鋁包裹。在磁場(chǎng)中，將這條導(dǎo)線冷卻至接近絕對(duì)零度，使電子形成一種集體行為，該行為迫使某些電子特性呈現(xiàn)離散值。  拓?fù)淞孔游坏氖疽鈭D 量子信息將被存儲(chǔ)在這個(gè)系統(tǒng)中，但不是存儲(chǔ)在單個(gè)粒子中，而是存儲(chǔ)在整條導(dǎo)線的集體行為中。在磁場(chǎng)中操縱電線，可能會(huì)使電子的一半，或者更準(zhǔn)確地說，是一半要成為電子但還不是電子的粒子，位于兩端中的任意一端。這些所謂的馬約拉納費(fèi)米子或馬約拉納費(fèi)零模（Majorana zero-modes），受系統(tǒng)的集體拓?fù)湫袨楸Ｗo(hù)，你可以在電線周圍移動(dòng)一個(gè)，而不會(huì)影響另一個(gè)。 |
