微軟發(fā)現(xiàn)“天使粒子”馬約拉納費米子的存在證據(jù)
就在今天，微軟宣布了一項量子計算的重大突破：在一條導線中，電子分為兩半。微軟的研究人員觀察到被稱為“天使粒子”的馬約拉納費米子（Majorana fermion）存在的相當有力的證據(jù)，電子在他們的導線中分裂成半體。 ,,=apyr#&
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這一突破對于微軟最終能否成功建造一臺量子計算機至關重要。 Ov9 Q?8KzM
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IBM、谷歌、英特爾等大公司（甚至還有一些初創(chuàng)公司）已經(jīng)造出具有多個量子位（量子比特）的量子計算機。微軟看起來是落后的，它甚至沒有產(chǎn)生過一個量子位！但是，微軟正在研發(fā)自己的量子計算機，它結合brain-melting的物理機制，克服了困擾競爭對手的一大挑戰(zhàn)。如果一切順利的話，這將是一個非常重大的突破。 gmSQcN)
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這是物理學家用來發(fā)現(xiàn)Majorana粒子最清晰信號的裝置。中間的灰線是納米線，綠色區(qū)域是超導鋁條。Credit: Hao Zhang/QuTech K6pR8z*?
量子計算機是以量子物理學為基礎的計算機，即研究微觀粒子的物理學。量子計算機被用于執(zhí)行普通計算機很難或不可能完成的計算。雖然谷歌有報道過72量子位的計算機，但這些都是不精確的量子位。來自外部環(huán)境的微小震動或能量都可能導致計算錯誤。但微軟的“拓撲”量子計算機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展，包括今天發(fā)表在Nature的論文。他們認為，將在今年年底前得到可工作的量子位。 k<4P6?
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微軟量子計算業(yè)務發(fā)展總監(jiān)Julie Love幾周前接受采訪時說：“我們的一個量子位將會有1000個、甚至10000個嘈雜的量子位那樣強大�！� ;8B.;%qkL
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計算機以比特（bits）作為計算單位，即二進制位，例如一枚硬幣，可以是正面，也可以是反面。一個量子比特（quantum bit），或稱量子位（qubit），也是一樣的，只不過在計算過程中，硬幣是在一個黑盒子里翻轉。在操作時，你可以在硬幣的每一面設置一些初始值，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。計算過程是通過將幾個硬幣同時放在盒子中，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)學上的交互�，F(xiàn)在，輸出就跟所有的硬幣相關，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。 #2%([w
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這個系統(tǒng)可以用于很多事情，例如高級化學模擬、人工智能等。但關鍵是找到一種量子的“正面和反面”系統(tǒng)，在這個系統(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，概率發(fā)生變化）。你還必須找到一個系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，即使你推（nudge）了盒子，硬幣也仍會繼續(xù)翻轉，或者找到一種方法構建冗余（redundancies），以抵消“推”的影響。 {8NwFN.
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微軟的研究人員認為，克服這個問題的關鍵是拓撲系統(tǒng)（topological system）。這是一個工程系統(tǒng)，無論你如何改變它，都會保留一些固有的特性。這些特性即拓撲對象（ topological objects）。 ]7qiUdxt:
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研究人員首先需要構建他們的拓撲對象。微軟專門制造了一條由銻化銦制成的半導體導線，并用超導鋁包裹。在磁場中，將這條導線冷卻至接近絕對零度，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。 'dt\db5p
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拓撲量子位的示意圖 IjZ@U%g@;
量子信息將被存儲在這個系統(tǒng)中，但不是存儲在單個粒子中，而是存儲在整條導線的集體行為中。在磁場中操縱電線，可能會使電子的一半，或者更準確地說，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米子或馬約拉納費零模（Majorana zero-modes），受系統(tǒng)的集體拓撲行為保護，你可以在電線周圍移動一個，而不會影響另一個。 r[ HT9
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這些馬約拉納零模也構成兩個量子位狀態(tài)。如果你把它們放在一起，它們要么變成零，要么變成一個完整的粒子。 M$&>5n7
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這就是今天微軟科學家所報道的進展：他們觀察到這些馬約拉納零模存在的相當有力的證據(jù)，電子在他們的導線中分裂成半體。 6f] r
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