BCR利汇:微软推出首款量子计算芯片Majorana1,开启量子计算新篇章

By 财商汇 2025-02-20

据BCR外汇消息,美西时间2月20日,科技巨头微软在量子计算领域投下了一颗重磅炸弹——经过近20年的潜心研究,正式推出其首款量子计算芯片Majorana1.这一消息瞬间在全球科技和金融领域掀起波澜,量子计算概念股闻声大涨,投资者们纷纷将目光聚焦在这一具有里程碑意义的突破上。

量子计算机的核心元件——量子比特(qubits),一直以来都是该领域发展的“拦路虎”。与传统计算机使用的二进制比特不同,量子比特能同时处于多种状态,赋予了量子计算机强大的并行计算能力。然而,其极度脆弱且对环境噪声极为敏感的特性,使得计算错误或数据丢失成为家常便饭,严重阻碍了量子计算的发展进程。微软此次推出的Majorana1芯片,正是为攻克这一难题而来。

微软表示,开发Majorana1需要创造一种全新的物质状态,即所谓的“拓扑体”。微软通过逐个原子设计和构建拓扑导体线材,成功创造出“世界首个拓扑体”,得以观察和控制神秘的马约拉纳粒子,进而产生更可靠、可扩展的量子比特。这一过程犹如在微观世界中搭建一座精密的城堡,每一个原子的位置都至关重要。微软透露,这种拓扑体使用了砷化铟(半导体)和铝(超导体),材料的开发难度极大,这也是大多数量子研究选择其他类型量子比特的原因。但微软团队凭借着坚韧不拔的毅力和卓越的科研能力,成功开辟出一条新的道路。

当拓扑导体线材被冷却到接近绝对零度并通过磁场调谐时,神奇的事情发生了——在其两端会形成马约拉纳零能模(MZMs)。基于马约拉纳零能模的量子比特展现出了超越传统量子比特的稳定性,它们快速、小巧且能够实现数字控制,其独特的属性如同为量子信息穿上了一层坚固的铠甲,有效抵御外界干扰,保护量子信息的安全。

在Majorana1芯片上,微软将拓扑导体纳米线连接在一起,巧妙地构建出一个“H”形状。每个“H”单元中包含四个可控的马约拉纳粒子,共同构成一个量子比特。更为厉害的是,这些“H”单元可以像搭积木一样相互连接。目前,微软已经成功将8个单元集成在一块芯片中,未来计划将量子比特数量扩展到百万级别。这种创新的设计使得量子比特能够以数字方式进行精确控制,极大地简化了量子计算原本复杂繁琐的工作方式,为量子计算的规模化发展奠定了坚实基础。

除了在芯片制造上取得突破,微软还在测量技术上实现了重大飞跃。如今,微软已经具备了从马约拉纳粒子中精准测量信息的能力。新的测量方法灵敏度极高,能够精确检测出超导线中十亿个和十亿零一个粒子之间的细微差异。这一测量结果如同为计算机提供了一把精准的“钥匙”,能够准确判断量子比特所处的状态,为量子计算的顺利开展奠定了基础。而且,该测量过程可通过电压脉冲开关轻松实现开启和关闭,进一步简化了量子计算的流程以及构建可扩展机器的物理要求。

微软技术研究员克丽丝塔・斯沃尔(KrystaSvore)表示:“具有讽刺意味的是,这也正是我们需要量子计算机的原因——因为理解这些材料极其困难。而有了可扩展的量子计算机,我们将能够预测具有更优特性的材料,从而构建下一代超越现有规模的量子计算机。”微软执行副总裁杰森・赞德(JasonZander)也提到:“我们希望先实现几百个量子比特,然后再讨论商业可靠性问题。”在此期间,微软将与国家实验室和大学紧密合作,利用Majorana1开展深入研究。

尽管目前Majorana1芯片还处于研究阶段,且与谷歌、IBM等竞争对手的量子处理器相比,其量子比特数量较少,但微软对其未来充满信心。微软认为,由于马约拉纳量子比特的低错误率特性,未来在实现相同计算能力的情况下,所需的量子比特数量将远少于竞争对手,这将成为其在量子计算领域的核心竞争力。

与微软计划通过Azure公共云提供其定制人工智能芯片Maia100不同,Majorana1暂时不会向客户开放使用。但这并不影响投资者对量子计算领域的热情,2024年,IonQ股价上涨了237%,Rigetti股价涨幅接近1500%,两家公司在去年第三季度的总收入达到1480万美元。今年1月,微软发布博客称2025年是“量子计算准备年”,进一步点燃了市场的热情。微软的AzureQuantum云服务目前允许开发者试验程序和算法,并提供对IonQ和Rigetti芯片的访问。赞德表示,微软的量子芯片可能在2030年前通过Azure提供服务,他坚信:“很多人猜测,距离实现这一目标还有几十年。但我们认为,这可能只需要几年时间。”

量子计算的潜力巨大,一旦取得重大突破,将对诸多领域产生颠覆性影响。在人工智能领域,量子计算机可以用于构建训练AI模型所需的数据,大幅提升AI的性能和效率;在材料科学领域,能够帮助科学家快速预测和研发具有特殊性能的新材料,加速新材料的应用进程;在药物研发领域,有望通过模拟分子结构和相互作用,快速筛选出有潜力的药物分子,缩短新药研发周期,为人类健康带来福音。

BCR表示,微软推出的Majorana1芯片,无疑是量子计算领域的一座灯塔,为后续的研究和发展指明了方向。尽管前方仍有诸多挑战,但随着技术的不断进步和创新,量子计算时代或许真的不再遥远,它将为人类社会带来前所未有的变革和发展机遇。

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