?研究人員在2018年的一篇論文[1]中說，他們發(fā)現(xiàn)了難以捉摸的理論粒子的證據(jù)，但是現(xiàn)在進(jìn)一步的研究表明，情況并非如此，事與愿違。

2018年3月，荷蘭物理學(xué)家、微軟員工 Leo Kouwenhoven 發(fā)表了引人注目的文章，新的成果提供了“證據(jù)”，證明他觀察到了一種稱為馬約拉納費(fèi)米子（Majorana Fermion）的“天使”粒子。

圖1 | 論文（來源：Nature）

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1.獨(dú)家量子夢

微軟為此，傾盡全力，獨(dú)家開展， 希望利用馬約拉納費(fèi)米子來建造一臺量子計算機(jī)，這臺計算機(jī)將利用超級古怪的物理學(xué)原理，來獲得前所未有的新能量。

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競爭對手 IBM 和谷歌已使用更成熟的低溫超導(dǎo)量子技術(shù)制造量子計算原型機(jī)。乘著Kouwenhoven 的發(fā)現(xiàn)，使微軟有機(jī)會迎頭趕上，加入頭號競爭陣列。

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2.頭號陣列，不幸“陣烈”

2019年5月，微軟公司量子計算業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)Julie Love曾向外界透露提到，微軟將在“五年內(nèi)”擁有一臺商用量子計算機(jī)。聽起來振奮人心，但結(jié)果令人遺憾，微軟在雄心勃勃的頭號陣列中不幸“陣烈”。

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三年后的今天，微軟2018年雄心壯志計劃宣告失敗。上個月末，Kouwenhoven 和他的21位合著者發(fā)表了一篇新論文[2]，其中包括了他們實(shí)驗(yàn)中的更多數(shù)據(jù)。

報告的結(jié)論是，他們終究沒有找到這種珍貴的粒子。早期提交的原始的論文，發(fā)表在《Nature》雜志上也將被撤回，撤回理由是“技術(shù)錯誤”。

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3. 事有蹊蹺的質(zhì)疑

行業(yè)專家也提出了質(zhì)疑，當(dāng)然研究團(tuán)隊(duì)本身是通過自我否定的方式把早期媒體上宣傳的數(shù)據(jù)予以排除。

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引匹茲堡大學(xué)教授 Frolov的描述，“我不確定他們在想什么，他們跳過了一些與論文直接矛盾的數(shù)據(jù)，從更全面的數(shù)據(jù)來看，毫無疑問，沒有馬約拉納粒子。”

而2018年的論文，與早期2012年的一項(xiàng)結(jié)果做了模糊的研究對比后，確信馬約拉納粒子的證據(jù)確鑿，但事有蹊蹺。

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4. 停止誤導(dǎo)，終止錯誤

盡管如此，這項(xiàng)研究還是為Kouwenhoven和他在代爾夫特技術(shù)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室贏得了巨大聲譽(yù)，項(xiàng)目的部分資金來自微軟，微軟公司在2016年聘請Kouwenhoven為馬約拉納粒子項(xiàng)目工作。

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微軟提供了一份據(jù)稱是 Kouwenhoven 的聲明，稱他不能發(fā)表評論，因?yàn)橹匦陆忉屗膱F(tuán)隊(duì)成果的新論文正在接受同行評議。

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微軟對外公開道: “規(guī)模化量子計算有助于解決人類面臨的重大挑戰(zhàn)，微軟將繼續(xù)致力于量子計算的投資，投資計劃不會因此受到阻礙。”

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2020年4月，《Nature》雜志在2018年的論文中就加入了“社論”標(biāo)識，一位發(fā)言人本周表示，該雜志正在與作者協(xié)作合作解決這個問題。

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代爾夫特技術(shù)大學(xué)的發(fā)言人則表示，該校研究誠信委員會于2020年5月開始的調(diào)查尚未完成。當(dāng)然可以預(yù)見的是，最終報告可能會發(fā)現(xiàn)，代爾夫特的研究人員犯了一些錯誤，但并不打算進(jìn)行誤導(dǎo)，繼續(xù)讓錯誤延伸下去。

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5.微軟“天使夢”挫敗

無論發(fā)生了什么，馬約拉納費(fèi)米子的鬧劇對微軟在量子計算領(lǐng)域的競爭雄心來說都是一個挫折。

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領(lǐng)先的計算機(jī)公司都表示，這項(xiàng)技術(shù)將通過在科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新的突破來定義未來。當(dāng)下，量子計算機(jī)商業(yè)化面臨的一大挑戰(zhàn)是，量子態(tài)非常脆弱，很容易被外界干擾。詳情參閱《精，一文讀懂量子計算》。

圖2 | 比特與量子比特（來源：towardsdatascience）

谷歌、 IBM 和英特爾都展示了大約50個量子比特的量子處理器原型機(jī)，包括高盛和默克在內(nèi)的公司也正在測試這項(xiàng)技術(shù)。但是有用的量子計算系統(tǒng)可能需要成千上萬，甚至百萬級量子比特。

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微軟一直聲稱采取的獨(dú)門絕技，基于馬約拉納粒子的量子比特將更具可擴(kuò)展性，允許其超越超導(dǎo)量子計算的糾錯苦惱，但是經(jīng)過十多年的研究，一個量子比特也沒有做到。

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6. 天使粒子的起源

馬約拉納費(fèi)米子是以意大利物理學(xué)家馬約拉納的名字命名的，馬約拉納在1937年假設(shè)粒子應(yīng)該以它們自己的反粒子的奇特性質(zhì)而存在。就在此論提出不久之后，他登上了一艘船，仙蹤而去，再也沒有出現(xiàn)過。

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直到下一個世紀(jì)，物理學(xué)家們才在匹茲堡大學(xué)Kouwenhoven 的實(shí)驗(yàn)室里，發(fā)現(xiàn)了與他同名的粒子。

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7. 微軟拓?fù)淞孔佑嬎阒?/h2> 早在2004年，全球互聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用才走入新紀(jì)元，然而微軟公司的研究人員，就找到了技術(shù)戰(zhàn)略負(fù)責(zé)人Craig Mundie ，說他們有辦法解決阻礙量子計算機(jī)發(fā)展的量子比特的不穩(wěn)定性問題。之后，微軟興致勃勃，對馬約拉納費(fèi)米子產(chǎn)生了興趣，并一發(fā)不可收拾。

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當(dāng)時的研究人員利用理論物理學(xué)的論文，提出了一種建立量子比特的新方法，使它們更加可靠穩(wěn)定。

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這些所謂的拓?fù)淞孔颖忍貙@著不尋常的粒子構(gòu)建，例如馬約拉納費(fèi)米子粒子，它們可以在非常低的溫度下以電子簇的形式存在于特定的材料中。

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微軟為此創(chuàng)建了一個由物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家組成的新團(tuán)隊(duì)[3]來充實(shí)拓?fù)淞孔佑嬎愕睦碚摵蛯?shí)踐，這個團(tuán)隊(duì)以加利福尼亞州圣巴巴拉的一個前哨站為中心，命名為Q站（Station Q），他們與全球一流的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家合作并資助他們尋找構(gòu)建這種新型量子比特所需的粒子。

圖3 |微軟Station Q（來源：微軟）

代爾夫特的 Kouwenhoven 是得到微軟支持的物理學(xué)家之一。他在2012年發(fā)表的論文[4]報告了納米線內(nèi)馬約拉納粒子的“特征”。

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消息一出，引發(fā)了人們對未來諾貝爾獎的熱議，因?yàn)橹Z貝爾獎證明了難以捉摸的粒子存在。因此，2016年，微軟在此基礎(chǔ)上煽風(fēng)點(diǎn)火，更是加大了投資和宣傳力度。

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Kouwenhoven和哥本哈根大學(xué)另一位著名的物理學(xué)家Charles Marcus被雇傭?yàn)轳R約拉納粒子的企業(yè)操盤手。他們的計劃首先是探測這些粒子，然后發(fā)明更復(fù)雜的裝置來控制它們，并以量子比特的形式發(fā)揮量子計算的作用。

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Todd Holmdahl在此之前主要負(fù)責(zé)微軟利潤豐厚的 Xbox 游戲機(jī)的硬件，而現(xiàn)在接任拓?fù)淞孔佑嬎沩?xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

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2018年初，他告訴《巴倫周刊》[5] ，他們將在2018今年年底擁有一個拓?fù)淞孔颖忍?#xff08;要知道，一個拓?fù)涞奈锢肀忍?#xff0c;幾乎等于一個邏輯量子比特）。一個月后，這份備受爭議的報紙仍舊公開出版。

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8. 穩(wěn)步進(jìn)展的量子計算

當(dāng)微軟傾盡全力在尋找“夢中天使粒子” 的時候，競爭對手在已有的量子比特技術(shù)上取得了穩(wěn)步的進(jìn)展。2019年，谷歌宣布它已經(jīng)達(dá)到了一個被稱為“量子霸權(quán)（quantum supremacy）”的里程碑，展示了一個53量子比特的芯片可以在幾分鐘內(nèi)完成一個統(tǒng)計計算，這將花費(fèi)超級計算機(jī)數(shù)千年的時間。

圖4 | 谷歌量子計算機(jī)（來源：谷歌）

而后的一年里，IBM、英特爾等公司在超導(dǎo)技術(shù)路線上也不斷出新。而基于離子阱技術(shù)的霍尼韋爾更是高調(diào)宣布其全球第一強(qiáng)的離子阱量子計算機(jī)，一騎紅塵黑馬，IonQ半路殺出，刷新了量子計算的QV（量子體積）量子指標(biāo)，重新定義了衡量指標(biāo)。（《 全球最強(qiáng)量子計算機(jī)，到底強(qiáng)在哪兒》《 IonQ發(fā)布QV400萬超強(qiáng)量子計算機(jī)》）

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中國公司也在量子計算領(lǐng)域，后來者搶眼。以初創(chuàng)公司為例的本源量子（該公司采用低溫超導(dǎo)量子計算技術(shù)路線），在其對外的宣稱中，很快也將要達(dá)到60Q的量子比特數(shù)，在軟件構(gòu)建方面，比如操作系統(tǒng)（參閱《司南，斯甚難！品觀首款國產(chǎn)量子計算機(jī)操作系統(tǒng)發(fā)布》），也不斷上新。

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超導(dǎo)技術(shù)路鮮為人知的就是，將QPU裝置稀釋制冷機(jī)里冷凍到幾乎絕對0度，以達(dá)到穩(wěn)定控制量子比特的目的。

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人們常見的各家量子計算機(jī)配備的“大桶”，即是低溫主體，都是由諸如牛津儀器這樣的公司提供，但是一部分公司因?yàn)樵O(shè)備需求，需自己獨(dú)家定制更大體積的制冷機(jī)，比如IBM公開的超級大桶。

圖5 |牛津儀器新一代Proteox稀釋制冷機(jī)（來源：牛津儀器）

9. 途中救火，對沖下注

基于不斷擴(kuò)張的低溫超導(dǎo)技術(shù)突破，微軟似乎覺察到此前策略有患，于是采用對沖方式，下注量子計算賭注。 宣布通過云服務(wù) Azure 提供其他公司的量子硬件訪問，諸如霍尼韋爾，IonQ以及超導(dǎo)的QCI，并且與1Qbit等企業(yè)在軟件層上深度合作《 微軟里程碑，量子云平臺現(xiàn)已允許公開訪問，但費(fèi)用高昂》。

圖6 |微軟Azure Quantum（來源：微軟）

而據(jù)《華爾街日報》報道[6]，Todd Holmdahl在錯過內(nèi)部截止日期后，當(dāng)年就離開了這個項(xiàng)目。

自Holmdahl離職以來，微軟對量子硬件的預(yù)期進(jìn)展速度，一直保持沉默。

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10. 憂傷的夢，仍需耐心

當(dāng)然，縱觀全球態(tài)勢，量子計算領(lǐng)域的競爭對手都繼續(xù)吹捧自身硬件的進(jìn)步，無一例額外。

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各公司并敦促軟件開發(fā)人員，開發(fā)云平臺，以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問遠(yuǎn)在實(shí)驗(yàn)室里的原型機(jī)。但遺憾的是，似乎沒有一家公司能夠在黃金時間內(nèi)，制造出一臺可用的量子計算機(jī)。

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匹茲堡大學(xué)的研究人員 Frolov 再次提到，圍繞 Kouwenhoven 在2018年論文的問題，留下了一個物理學(xué)的小領(lǐng)域，專門用于探測 Majoranas，當(dāng)然聚焦期望后需要“療養(yǎng)”。他表示: “有良好的科學(xué)依據(jù)，是合理的期望，而不是神奇的期望。”但是無論如何，該組織都應(yīng)該公布其實(shí)驗(yàn)的全部原始數(shù)據(jù)，供外界審查。

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Frolov和澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Vincent Mourik一起研究了這些額外的數(shù)據(jù)，Mourik說他和Frolov有同樣的擔(dān)憂。在被微軟雇傭之前，他們都曾在代爾夫特與 Kouwenhoven 共事，包括2012年關(guān)于“天使粒子”的論文。

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馬里蘭大學(xué)學(xué)理論物理學(xué)家 Sankar Das Sarma 與微軟的研究人員合作，他也相信這項(xiàng)技術(shù)最終會成功，但可能需要一段時間。同時，他也是2018年備受爭議的論文和上個月發(fā)布的新版本文章的共同作者。Das Sarma 說，過去幾年發(fā)展起來的新理論表明，2018年使用的方法無論如何都無法確定馬約拉納粒子的存在。還需要更純凈的材料，更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，以及更多的科學(xué)理論進(jìn)步，仍舊是漫長的長征路。

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而對于微軟的量子比特，離這個目標(biāo)還有多遠(yuǎn)尚不清楚，也許明天，也許久遠(yuǎn)。

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基于馬約拉納粒子的量子計算可能處于類似于1926年第一個晶體管專利申請的階段。直到1947年研究人員才制造出第一個可工作的晶體管[7]。而使計算機(jī)工業(yè)得以實(shí)現(xiàn)的可小型化硅版本，直到20世紀(jì)50年代后期才被開發(fā)出來。

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Das Sarma對外的討論中也提出了自己的疑問：我個人看不出為什么馬約拉納費(fèi)米子不能存在，或者一旦存在就無法控制。路漫漫，可能需要30年的時間。

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而在2020年3月，量子信息領(lǐng)域教父級人物John Preskill，和已故的路易斯安那州立大學(xué)教授Jonathan Dowling，兩位頂級科學(xué)家就拓?fù)淞孔佑嬎隳芊裨?030年之前亮相世人這一問題開啟的“神仙打架”模式，參閱《量子神仙打架，兩大牛物理學(xué)家公開打賭拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)十年將落地》。
圖7 |左John Preskill，右Jonathan Dowling（來源：量子客）

兩名物理學(xué)家在Twitter上公開打賭十年后的今天，是否有人會發(fā)明出物理學(xué)家長期以來幻想的機(jī)器： 拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)，賭注是一張披薩和一瓶啤酒。

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Preskill是著名的量子信息學(xué)家，量子霸權(quán)和NISQ這些專有名詞都來源于他。這個十年“豪賭”中，Preskill賭“Yes”；Dowling下注“NO” 。如今看來，幾多無奈，還需等待“新天使”。

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就在本文發(fā)布前，Preskill發(fā)推表示：我在文章中的引用仍然適用，我相信我們將來會使用拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)，但是時間范圍仍然非常不確定。

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圖8 |Preskill推文（來源：推特）

11. 關(guān)于拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)

拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)由俄裔美國物理學(xué)家Alexei Kitaev于1997年首次提出，由于其特有的物理性質(zhì)，可用來制備處理信息的物理比特。

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拓?fù)淞孔佑嬎愕闹С终叻Q，拓?fù)淞孔佑嬎憔哂凶畲蟮膬?yōu)勢是它們不需要太多的量子糾錯，而量子糾錯對于傳統(tǒng)量子計算來說就是噩夢。

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比如當(dāng)人們需要這些量子計算機(jī)去執(zhí)行復(fù)雜算法時，超導(dǎo)量子比特可能會意外影響其相鄰比特的屬性，從而產(chǎn)生錯誤，且研究人員難以進(jìn)行完全的糾錯，但是，拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)卻可以抵抗這種類型的錯誤。

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這也是為什么科學(xué)家夢寐以求，期望能夠開發(fā)拓?fù)淞孔佑嬎銠C(jī)的緣故。

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12. 后記

量子計算的技術(shù)路線，至今仍然沒有具體的定論，但是從各大穩(wěn)定企業(yè)以及研究機(jī)構(gòu)看來，低溫超導(dǎo)量子計算被寄予了厚望。

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曾經(jīng)有知名人士閑聊時討論，各家量子技術(shù)路線時，稱量子計算的研發(fā)如登月計劃。一眾低溫超導(dǎo)玩家是在搭梯子去月球，只有微軟在造火箭，真正能通往月球。

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如今看來，萬事仍舊平地起，實(shí)干興邦方未來，在萬千名人甚至權(quán)威專家的斷論里，仍舊需要時刻保持理性。

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當(dāng)然，新的方案仍然在不斷探究中，人類歷史里，從來就不缺“越挫越勇”的往事。指不定一波三折后，守得云開見月明，真“天使”出現(xiàn)。

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引用： [1] https://www.nature.com/articles/nature26142

[2]https://arxiv.org/abs/2101.11456

[3]https://www.technologyreview.com/2014/10/10/73961/microsofts-quantum-mechanics/

[4]http://science.sciencemag.org/content/early/2012/04/11/science.1222360

[5]https://www.barrons.com/articles/microsoft-we-have-the-qubits-you-want-1519434417

[6]https://www.wsj.com/articles/quantum-computing-remains-a-challenge-for-tech-firms-11578345473

[7]https://www.computerhistory.org/siliconengine/field-effect-semiconductor-device-concepts-patented/#:~:text=Polish%2DAmerican%20physicist%20and%20inventor,called%20a%20field%2Deffect%20transistor.

[8]https://www.wired.com/story/microsoft-win-quantum-computing-error/amp

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聲明：此文出于傳遞高質(zhì)量信息之目的，錯誤或侵權(quán)，請聯(lián)系我們。所有圖片的版權(quán)歸屬所引用組織機(jī)構(gòu)，此處僅引用，原創(chuàng)文章轉(zhuǎn)載需授權(quán)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的微软量子计算“天使梦”破碎，扬言的巨大胜利终究是一个“错误”的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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