量子競賽
20世紀90年代，量子比特只是一個純理論構想?？茖W家們需要找到或創造一種既小到能夠遵守量子力學定律，又大到能夠控制的東西。
過去十年里，谷歌、亞馬遜、微軟、IBM等公司你追我趕，都想成為第一個制造出量子計算機的公司。
2013年，谷歌建立了量子人工智能實驗室，致力于通過超導量子比特，實現量子計算。超導量子比特的研發是基于一種被稱為約瑟夫森結的獨特結構——一種特殊構造的微小金屬環，具有非線性特性，可以被限制在兩種狀態的疊加。本質上，它就像一個開關。谷歌和IBM等公司都將超導量子比特作為量子計算機的突破方向。
在谷歌實驗室中，梅格蘭特解釋了如何使用微波脈沖將每個量子比特的能量狀態在0到1之間轉換，以及研究人員如何修改每個狀態的閾值和量子比特之間的耦合強度來實現糾纏。
但這些必須在極低的溫度下進行，因為所有類型的量子比特都非常挑剔——最輕微的干擾都能使疊加狀態消失，所以需要盡可能地把它們與環境隔離，但同時還要想辦法控制它們。
微軟工程師正在組裝量子計算機低溫恒溫器的“枝形吊燈”
微軟和谷歌目前都在制造一種可以在較低溫度下工作的芯片，從而在不增加干擾的情況下控制量子比特。這是一場與時間賽跑的比賽，必須在量子比特疊加狀態消失之前的幾分之一秒內完成盡可能多的運算。
在過去十年中，量子比特的數量在不斷升級。2016年，谷歌用9個量子比特模擬了一個氫分子；2017年，英特爾實現了17個量子比特；同年，IBM宣布制造了一個50個量子比特的芯片，可以將量子疊加狀態維持90微秒；2018年，谷歌推出了擁有72個量子比特的處理器Bristlecone……
谷歌的Sycamore芯片只擁有54個量子比特，但是這些量子比特被安排在一個網格中，加快了計算速度。在2019年伊始，谷歌團隊逐漸增加了實驗難度。起初，一切看起來進展順利，但幾個月后，他們發現量子芯片的性能出現了顯著下降，其復雜度與超級計算機模擬量子比特的復雜度差不多。
遇到一個問題，很難知道是由于制造錯誤、噪音和干擾，還是因為遇到了一個本質問題——一些未被發現的宇宙定律。“也許量子力學在30個量子比特就停止了，”梅格蘭特開玩笑說。
最后，他們發現問題是一個校準錯誤引起的。但一些研究人員認為，可能還有其他影響因素，因為即使谷歌盡一切努力保護量子比特不受干擾，計算錯誤率仍舊居高不下。當然，我們可以對這些錯誤進行校正，但需要更多的量子比特——然后需要更多的量子比特來校正這些量子比特。
這就是為什么創造了“量子霸權”一詞的物理學家約翰·普萊斯基爾（John Preskill）認為，我們離真實的量子計算機還有很長的路要走。也因此，微軟確信超導量子比特是一條走不通的死胡同。微軟量子硬件部門的總經理凱坦•納亞克（Chetan Nayak）說：“商用量子計算機怎樣解決傳統計算機無法解決的問題，我們看不到任何希望。”
微軟選擇了另外一條道路：微軟目前正在測試一種低溫恒溫器，看起來和谷歌的恒溫器非常相似，但是將用于一種不同類型的量子處理器。
如果說谷歌登上量子霸權山頂的路非常崎嶇，那么微軟也許一開始就走錯了方向。他們試圖利用一種被稱為“拓撲量子比特”的東西來代替超導量子比特。唯一的問題是，這種東西可能并不存在。
拓撲量子比特是基于一種叫做馬約拉納費米子的粒子，能同時在多個地方編碼量子比特的狀態。納亞克用《哈利·波特》中的例子來解釋拓撲量子比特：
“故事的反派Boss伏地魔把靈魂做成了七個魂器，藏在不同的地方，這樣他就不會被殺死。”“我們用拓撲量子比特所做的，就是將我們的量子比特分散到6個馬約拉納費米子上，這就是我們的魂器。僅僅對它們中的一個或另一個做點什么，是不能殺死“伏地魔”的，量子比特仍然在那里。”
但是科學家們始終無法確定馬約拉納費米子是否存在。自20世紀30年代以來，人們就開始將其理論化，但實驗證據并非無懈可擊。盡管如此，微軟卻很自信。 內/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網-tan pai fang . com
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