摘要：2025年3月，在美国物理学会加州阿纳海姆全球峰会上，微软量子团队的成员展示了其有关拓扑量子计算机的研究成果。此前的2月，该团队发布首款拓扑量子芯片Majorana 1并引起了轰动。诺基亚贝尔实验室则较为低调地推进着其拓扑量子计算机的研发。诺基亚公司曾在202

诺基亚正在推进截然不同的技术路线。

虽然微软与诺基亚在拓扑量子计算机（一种可能比其他量子计算机更稳定的新型量子计算机）领域的研发投入巨大，但迄今仍未发现拓扑量子比特存在的确凿证据。

2025年3月，在美国物理学会加州阿纳海姆全球峰会上，微软量子团队的成员展示了其有关拓扑量子计算机的研究成果。此前的2月，该团队发布首款拓扑量子芯片Majorana 1并引起了轰动。诺基亚贝尔实验室则较为低调地推进着其拓扑量子计算机的研发。诺基亚公司曾在2023年宣称已验证关键技术要素。

“我认为所有量子计算技术都处于早期阶段，但拓扑量子计算的进展更滞后。”哈佛大学物理学名誉教授伯特兰德·哈尔佩林（Bertrand Halperin，未参与这两个项目）说，“它可能迎头赶上，毕竟选择了一条不同的发展路径。”

量子计算机的运行依赖于量子比特，其数值可以是0、1或两者的叠加态，通常通过某种局域量子特性（如电子自旋向上还是向下）来编码。因此，量子计算机拥有不同于传统计算机的能力，有望轻松攻克最强大的超级计算机也束手无策的特定难题。但问题在于，这些量子叠加态极其脆弱。无论是温度波动还是电场、磁场的细微变化，环境中的任何干扰都可能破坏量子比特的叠加态而导致错误。

而拓扑量子计算采用了一种完全不同的方式：它不再依赖局域特性，而是利用整个电子海洋共有的全局拓扑特性来编码量子比特。拓扑学是数学中研究形状的分支：若两个形状无需撕裂或连接之前未曾连接的部分就能相互转换，则它们在拓扑学上是等同的。例如，打了结的绳环与同一个不打结的绳环从拓扑学上讲是不同的。

电子可以相互“扭结”形成类似绳结的结构，这种“结”难以形成也难以解开，因而能抵御噪声干扰。但问题在于，在自然条件下，电子并不会扭结。尽管理论学家数十年前就提出假说，认为这种量子态可能存在，但在现实中创造适当的条件实现这种状态却困难重重。制造能产生电子扭结的装置极为困难，而要证明装置确实完成了这一任务则更难。但微软宣称已经实现了这种突破。

微软量子团队创造电子扭结的方法是：首先制作半导体纳米线，然后在这种纳米线上覆盖一层超导材料。半导体层与超导层都必须几乎完全没有材料缺陷，且需维持在毫开尔文的极低温环境。理论上，这种结构能让半导体层的电子借助超导体有效地扩散至整个导线，形成类似于可以打结的“绳索”。这种结构被称为马约拉纳零能模式。

对于微软团队而言，要确凿地证实成功创造出了马约拉纳零能模式并不轻松。该团队与合作方曾在2018年宣称达成这一里程碑，但一些研究者并未被相关证据说服，认为装置缺陷也能导致同样的测量结果。因此，相关言论最终被收回。2023年，微软及其合作方发布了更多证据表明其已创造出马约拉纳零能模式，但仍有部分科学家并不信服，并指出已共享的数据不足以复现实验结果。2025年2月份，微软宣称制成了集成马约拉纳零能模式的完整芯片，但这一主张至今仍有争议。

“我们确信这些装置中存在马约拉纳零能模式。”微软项目负责人切坦·纳亚克（Chetan Nayak）说。

对此，苏格兰圣安德鲁斯大学讲师亨利·莱格（Henry Legg）表示这种自信缺乏依据：“没有证据能表明这些装置中存在马约拉纳的基本物理现象，更遑论构建量子比特。”他曾撰写过两篇质疑微软成果的预印本论文。

哈佛大学的哈尔佩林表示：“我们可能普遍认同的是，要终结这场争议，仍需更多实验与更完善的数据支撑。”

无论微软量子团队是否成功创造马约拉纳零能模式，这都只是万里长征的第一步。团队还必须证明能够操控这些模式来实现实际计算。不同零能模式可能代表不同数值，研究人员需完成多种操作：制造代表“0”的量子结，将其解开或扭结以制造代表“1”的量子结，或者制造两者的量子叠加态。

该团队最新的论文表明，他们有能力进行其中一项必要的操控。“这是一个重大突破。”为微软团队提供顾问服务的马里兰大学物理学教授杰伊·索（Jay Sau）说。

微软团队采取了一个非同寻常的举措：在加州大学圣塔芭芭拉分校校区总部召开了一次设限参与的会议，并在会上披露了实现第二项操控的初步结果。

“我们还需完成大量工作”才能展示操控，出席此次会议的诺基亚数据与设备负责人迈克尔·埃格尔斯顿（Michael Eggleston）表示，“当前系统存在大量噪声，但我认为他们的路线是正确的。”

换言之，微软团队尚未达到让科学界认同他们创造了单个拓扑量子比特的地步。

“他们拥有的是集成了8个光刻量子比特的概念芯片。”埃格尔斯顿说，“但需要特别指出的是，这些并非能正常发挥作用的量子比特，只是他们前进方向的一个概念。”

诺基亚贝尔实验室的一个团队也在通过不同的物理实现路径追逐拓扑量子计算机的梦想。在终身致力于拓扑量子计算的罗伯特·威利特（Robert Willett）的带领下，该团队制作了由一个砷化镓薄层与两层半导体材料组成的“三明治”。他们将这个“三明治”冷却至毫开尔文级的极低温并置于强磁场环境下。如果设备具备适当的特性，将诱导出可形成量子结的二维形态的全局电子态。要实现量子比特，不仅需要制造这种状态，还需具备以可控方式打结与解结的能力。

然而，威利特及其合作方也同样难以让科学界信服其制造的量子态就是业界梦寐以求的拓扑状态。

“我们非常自信已制造出拓扑量子态。”诺基亚监管量子计算项目的负责人埃格尔斯顿表示。

“我认为这值得相信。”哈佛大学的哈尔佩林表示，“但并非所有人都会认同。”

诺基亚团队尚未宣称他们有能力使用此装备进行操控。埃格尔斯顿表示他们正在致力于证实相关操作，计划于2025年取得成果。

诺基亚团队表示能够将无误差量子态维持数天，但尚无法控制这些量子态。微软在圣芭芭拉会议披露的数据显示，其装置能保持5微秒的无误差状态，该公司认为还有提升空间。（相比之下，IBM的一款量子计算机中的传统超导量子比特能保持400微秒无误差状态。）

“总会有人持不同意见或者想要更多数据。”埃格尔斯顿说，“我认为这正是科学界的力量所在——永远追求极致。”

尽管困难重重，但拓扑量子计算至少在理论上仍极具前景。

“我了解了现有的其他各类量子比特。它们都是精彩的演示，是伟大的科学成果，也是艰难工程的结晶。遗憾的是，它们就像20世纪40年代的真空管一样。”埃格尔斯顿说，“人们用它制造计算机只因别无选择，而且它们的扩展难度极高。在我看来，拓扑量子像晶体管一样非常有潜力。它们小巧、稳健、可扩展，这才是量子计算的未来。”

文章来源于 悦智网 ，作者 Dina Genkina

TI 最新DSPC2000 原厂培训
(线下实操)

德州仪器在上海（8 月 19 日）、深圳（8 月 28 日）、北京（9 月 2 日）

三大城市同步开启巡回专场

TI 专家手把手指导您使用 C2000™ 系列产品。

来源：百顺科技达人