微软重磅宣布制造全新量子计算机原型，与谷歌和IBM路径迥异

如果量子计算机的性能能够达到预期，那么它将在药物研发、人工智能甚至当代物理研究中发挥重要作用。

【编者按】本文转自DeepTech深科技；编辑：离子心、十三
目前，业界普遍对量子计算机的实用化前景表示乐观。而曾几何时，量子计算机还只是科幻小说家的纸面玩意。如果量子计算机的性能能够达到预期，那么它将在药物研发、人工智能甚至当代物理研究中发挥重要作用。

过去数年中，科技巨头谷歌和IBM已经在量子计算机研发领域开始行动，而相比之下一直比较沉寂的微软公司也终于开始发力。

昨日，微软官方网站刊文指出，这家科技巨头将着手量子计算工程样机研发，把已经进行了十多年的量子计算机研究工作付诸于实践，而且其宣称这可能是一台能击败谷歌和IBM的量子计算机样机。

一般而言，由晶体管构成的传统比特在特定时刻只能处于0或1这两种状态中的一种，所以计算能力有限。然而，量子比特可以处于0和1的叠加态。若某个量子比特和其他量子比特彼此之间存在纠缠态，那么这一组量子比特可以同时表示大量的数。而一台真正意义上的量子计算机将包含几百甚至上千个量子比特，其计算能力将是无比强大的。

而微软的信心则来源于其选择的独特研发路径。与谷歌和IBM使用超导导线环作为量子比特不同，微软的思路是基于一种被称为“任意子”（anyons）的粒子，这种粒子只能存在于二维空间。无疑，任意子的奇异物理特性被微软所看好。

微软的野心

早在2005年，微软就建立了“Q站”（StationQ），由数学家米切尔·弗里德曼（Michael Freedman）领导，从事量子计算基础研究。

时至今日，据负责量子计算机项目的微软资深技术经理托德·霍尔姆达尔（Todd Holmdahl）的透露，微软目前已经基本完成了基本量子比特模块的设计，正在进行样机设计。

托德·霍尔姆达尔认为，量子计算正处在理论研究转向工程研发的转折点。尽管能否达成最终目标仍有不确定性，但微软长期以来的量子计算研发积累让托德·霍尔姆达尔相信，打造微软版量子计算样机的条件已经成熟。考虑到一旦成功带来的巨大收益，值得为此冒适当的风险。

陶德·霍尔姆达尔（ToddHolmdahl）是微软的量子计算硬件和软件研发项目的负责人

霍尔姆达尔表示，一旦第一个量子比特制成，微软将开始构建大规模量子比特阵列的研究。

迄今为止，物理学和计算机学界仍在争议——能否制造出像支持者设想的那样工作的量子计算机。

一些研究团队试图用其他的材料和方案制造量子比特，而微软的底牌则是“拓扑量子比特”。相比之下，微软的方案“拓扑量子计算”是基于三位物理学家对只能存在于二维世界的物体的研究成果，该成果曾获得了本年度诺贝尔物理学奖。

辫子数学理论或将成为未来拓扑量子计算机的基础

通常而言，量子比特是量子计算机的基本单元，一组量子比特可以同时处理一个问题的多个解，而传统计算机只能串行处理。

但挡在量子计算机前面的最大障碍是：量子比特太不稳定。因此，量子计算机必须被放在超低温下，才能工作得长一点。

但在面对电子噪声和热干扰的时候，微软所采用的拓扑量子比特则具有更强的鲁棒性，可以用来制造更稳定、更有效的量子计算机。

IBM量子计算机的冷却装置

微软很重视工程样机研发，但这家科技巨头并不仅仅想要一台只能在实验室中工作的量子计算机，而是希望提供量子计算软硬件接口，从而让对量子计算并不精通的其他领域专家也可以用该机器来解决现实世界中的问题，从而量子计算机将能够引领新一轮信息技术革命，在医药和材料科学领域产生重大突破。

与此同时，在启动量子计算机样机研制的同时，微软还启动了相应的量子计算软件研发项目，目的在于开发能够求解复杂问题的软件。软硬件之间的研发工作还可以互相推动，共同促进。

微软量子计算项目负责人霍尔姆达尔指出，第一个晶体管在50年前被发明出来的时候，没有一个科学家能想到类似于手机之类的应用。而如今，量子计算机也处于这样一个类似的爆发点。

在霍尔姆达尔看来，量子计算火候已到，他可不想错过这样一个风口。

微软已做好技术储备迎接“量子未来”

更重要的是，某些技术未必会在人类充分了解其物理原理后才会出现。比如，理查德·费曼（Richard P. Feynman）在1982年就预见了量子计算机的出现。

对此，微软项目组主要成员查尔斯·M·马库斯以自家的一辆旧汽车做了类比。在购买这辆车时，仪表盘上还有能把烟灰直接从香烟上吸走的烟灰吸收器。

马库斯认为，当时应该一定有不少人认为，烟灰吸收器就是汽车技术发展的巅峰，而没人设想过自动驾驶汽车。

因此，马库斯对量子计算机的前景表示乐观——现在的量子计算机如同烟灰吸收器一样是个雏形，但迟早有一天会像自动驾驶汽车一样改变世界。

全球顶尖量子计算大脑齐聚StationQ

霍尔姆达尔的项目组成员包括代尔夫特大学物理学家里奥·科文霍芬（Leo Kouwenhoven）、哥本哈根大学的查尔斯·M·马库斯（Charles M. Marcus），悉尼大学的戴维·赖利（David Reilly）和瑞士联邦理工学院的马蒂斯·托尔（MatthiasTroyer）——这些专家都属于微软近期成立的、由高级技术经理哈利·山姆（Harry Shum）领导的人工智能研究小组。

查尔斯·M·马库斯教授位于哥本哈根大学的量子计算实验室

马库斯教授跟微软合作的开端非常偶然。在一次会议的午餐时，他恰好坐在微软StationQ负责人米切尔·弗里德曼身边，他向弗里德曼表示，量子信息技术革命不会到来，除非科学家、硬件工程师和软件工程师能更紧密地相互合作。目前来说，微软量子计算团队应该引入更多的长期合作者。

于是，弗里德曼接受了这一意见——马库斯教授与微软的长期合作就此开始。

马库斯博士认为，科学家们近期在控制量子比特材料方面做出重大突破——这种控制技术采用了半导和超导材料的结合。此外，其他技术方案也提出，可以将量子计算机冷却至接近绝对零度。

微软与马库斯教授的量子设备研究中心共同组成了StationQ

此外，StationQ另一位主要合作方、荷兰代尔夫特大学的科文霍芬教授在学生时代就致力于量子计算机研究，那时他甚至还不知道量子计算机是否可行。机缘巧合之下，他参观了微软位于加州圣芭芭拉的研究机构，并与研究实验室主任、拓扑数学家米切尔·弗里德曼进行了令人振奋的交流。

随后，他开始了同微软的合作。多年合作之后，微软量子计算研究团队终于认为，建造量子计算样机的条件已经成熟。工程样机不仅可以验证理论，还可以为科学研究提出新的问题。

科文霍芬和马库斯在2014年微软加州圣芭芭拉StationQ大会上的合影

科文霍芬和马库斯已经在微软量子计算团队任职多年，而在他们的实验室中，微软拨款所占的比重日益正价。在担任微软技术负责人职务后，他们仍将保留学术职位，并在各自的大学中为微软的量子计算机项目贡献力量。

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