在代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）的微軟公司（荷蘭）研究中心，“量子冰箱”的這幾支大圓柱形金屬管引人注目，其中每支管都用於將回路冷卻到比外太空更冷的溫度，成本超過50萬美元。該裝置幫助微軟的研究人員製出了Majorana費米子，而微軟則希望將其作為其量子計算計劃的一部分， 以此製造出真正意義上的量子計算機。
根據已經在《Nature》雜誌上發表了的研究，目前已明確的證據表明Majorana費米子（馬約拉納零模）的存在。它是一種基本粒子，並是自己的反粒子，也被稱為“天使粒子”。
圖丨微軟研究所中為納米級電路而建的無塵室
Majorana費米子的獨特性質意味著它們可以被用以製造錯誤率更低的量子計算機，甚至是製造出可以推向市場的成品。而目前，其他公司的設計都存在因計算錯誤率過高而無法被實用的情況。
微軟目前正在嘗試用Majorana費米子來製備量子位。微軟首席執行官Satya Nadella曾表示，量子計算是三項突破性技術之一（其他兩項則分別是人工智能和增強現實） ，在這些領域有所作為對公司的未來至關重要。在量子計算行業，微軟最終希望能實現通過其雲計算網絡將量子計算機租用給需要企業以獲取利潤。
但微軟已經在這場量子爭霸賽中已經處於不利位置。D-Wave Systems Inc.在2011年成為第一家銷售量子計算機的公司，谷歌和IBM則擁有被認為是目前最為接近實現“量子優勢”的設備。
圖丨 “量子冰箱”在計算所需的超低溫度下保持量子位
而相比之下，雖然微軟已投入大量資源證明了使用Majorana費米子來構建性能更佳的量子計算機是可行的，但它尚未製造出一個可以工作的計算設備。
Majorana費米子的概念由意大利理論物理學家Ettore Majorana於1937年提出，但研究人員在2012年才有觀測證據表明這類獨特的費米子確實存在。雖然這些早期的實驗存在漏洞，導致有些科學家認為這些觀測結果可能是由其他現象所引起的，而並非Majorana費米子，但在新的論文中，微軟的科學家提供了更為清晰的數據。
在冷卻裝置旁邊，微軟團隊正在使用150磅的磁體嘗試操控制Majorana費米子來出量子位。目前擔任微軟首席科學家的物理學家Leo Kouwenhoven承認，使用磁鐵是一把雙刃劍，因為它們的體積和質量會給實驗增加難度。但Kouwenhoven表示，微軟認為它所製造出的量子計算設備的精確度將比現有的任何設備高1000至10000倍。
Kouwenhoven說，研究團隊的目標是在今年年底前使用Majorana費米子製出一個可以工作量子位。在安裝冰箱的地板上，年輕的研究生坐在分析彩色圖形顯示器的電腦上，這些顯示器顯示冰箱內部電路發生了什麼。雖然前景很美好，但在高磁能級下獲得準確的測量結果很難。到目前為止，實驗室還沒能看到由Majorana費米子構成的系統向拓撲階段過渡的證據。
根據最近《Nature》刊登的微軟量子計算科研團隊論文，他們已經找到了存在確定證據。根據馬約拉納對稱性理論的預測，馬約拉納費米子的反粒子即是其本身，這導致馬約拉納零模的隧穿譜在差分電導中表現為一個零偏峰，而且峰值是量子化的，為2e^2/h。因此，隧穿譜是尋找馬約拉納零模存在的一個非常重要的手段。
在以往的實驗中，研究人員觀測到的峰值均大幅小於2e^2/h，直到最近才有接近2e^2/h的報道。而最新文章顯示，研究人員在基於超導鋁屏蔽的銻化銦導線系統中觀測到了幅值為2e^2/h的隧穿譜強度，而且這個幅值在更改參數的情況下保持不變，更是證明了其量子化的特性。
研究人員通過改變電場、磁場和溫度的影響來探測系統的魯棒程度，進一步排除了其他的可能性，實驗結果有力的證明了馬約拉納零模的存在，這個實驗結果為後續拓撲量子計算機的實現奠定了重要的基礎。
但同時也要看到，這個結果僅僅宣佈了在實驗中構造拓撲量子比特的可能性，這離實現拓撲量子計算機還很遠，還需要解決對於拓撲量子比特的編織操作等一系列的問題。如前面提到的，拓撲量子計算機的主要的技術難點在前期，反而到了後面量子比特容錯部分難度較小，因此，這個實驗結果對微軟來說還是很有意義的。
另外，雖然理論是站在了Kouwenhoven的這邊，但微軟的競爭對手們同樣在推動基於其他技術的量子計算機的商業化。
不同於 IBM 和 Google 在超導量子計算機方面的研究，微軟把決勝量子計算的寶押在了Majorana費米子這種局域化準粒子上。採用這種準粒子形成的拓撲量子比特具有極低的錯誤率，不需要通過大數量的量子比特來進行容錯，可以以“一”（拓撲量子比特）敵“百”（其他類型的量子比特），利用少量數目的量子比特來實現通用型量子計算機。但遺憾的是，這種“天使粒子”目前還僅存在於理論中，科研人員甚至還沒有確定的證據來證明他們在實驗中發現了這種理論上預測的“天使粒子”。
微軟目前擁有一支由來自世界各國的科學家所構成的研究團隊，為其位於美國，荷蘭，丹麥和澳大利亞的實驗室工作。目前負責該項目的人是微軟最富有經驗的高管之一Todd Holmdahl，之前曾負責Xbox遊戲機和HoloLens增強現實護目鏡項目。 Holmdahl在去年11月接受採訪時曾表示，微軟計劃在五年內在市場上推出可用的量子計算機。
而在代爾夫特大學的研究室也同樣可以被其他想要從別的方向製造量子計算機的研究人員使用，其中包括一支由競爭對手Intel資助的團隊。
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