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微软首款量子运算晶片 Majorana 1 登场!未来有望推动资料中心、化学与医疗突破
微软 (Microsoft) 于 2/19 发表首款量子运算晶片「Majorana 1」,表示 Majorana 1 未来可能应用在资料中心,并在化学、医疗等领域带来重大突破。
量子晶片 Majorana 1 问世,微软抢攻未来运算
微软宣布旗下首款量子运算晶片「Majorana 1」正式亮相,这款晶片搭载 8 个量子位元 (qubits),虽然目前仅能用于简单的数学运算,但微软工程师认为,这是未来量子电脑的基础,未来可能扩展至 100 万个 qubits,远超于目前电脑的运算能力。
微软量子运算晶片「Majorana 1」登场
该研究成果已于近期发表在知名期刊《Nature》,微软副执行长 Jason Zander 表示:「早在 1937 年,科学家就已经提出这项理论,如今我们终于能够加以利用。量子电脑的实用时代,可能是在这几年内,而不是数十年后。」
量子运算技术突破,有望改变运算模式
量子运算的核心在于 qubits,它与传统电脑的 0 与 1 不同,可以同时处于 0 和 1 两种状态,能实现超越传统运算方式的计算能力。这种特性让量子电脑可以同时计算多种可能性,解决一般电脑难以处理的问题。
图为量子位元与传统电脑位元的差异。
近期 Google 也展示自家最新的量子晶片,在 5 分钟内完成了一项传统电脑可能需「超过宇宙年龄」才能解出的计算,显示量子技术已逐步向实用化迈进。然而当前量子运算的主要挑战在于「错误率」,因为量子粒子极易受到环境影响,使计算结果产生误差。
微软采用 Majorana 技术,降低量子运算错误率
微软自 2004 年开始投入量子运算研究,并选择与其他科技业者不同的路线,专注于减少计算错误,采用 Majorana 准粒子技术。Majorana 这种特殊粒子早在 1930 年代由义大利物理学家提出,微软认为它比其他技术制造的 qubits 更稳定,不容易发生数据翻转错误。
为了成功操控 Majorana,微软团队利用砷化铟 (Indium-Arsenide) 原子级材料,结合铝奈米线 (Aluminum Nanowires),组成 H 形结构,再透过极低温度与磁场调控,在四个端点诱发 Majorana,从而形成单一 qubit,并透过微波讯号读取计算结果。这样的结构可进一步扩展,形成更大规模的量子晶片。
研究波折不断,微软终于突破技术瓶颈
微软早在 2018 年就曾宣布发现 Majorana 粒子,但随后撤回论文,表示当时的研究存在误判。历经多年的技术改进,微软最终成功测量并控制 Majorana 粒子,并将其应用于 Majorana 1 晶片,为未来大规模量子运算奠定基础。
虽然目前 Majorana 1 的运算能力仍有限,但微软的技术突破意味着量子电脑距离实用化又更进一步。随着 Google、微软等科技巨头加速研发量子技术,未来量子运算将可能颠覆传统计算模式,推动资料中心、化学研究、医疗诊断等领域发展。
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