量子计算一直被寄予革命性突破的期望，但进展一直较为缓慢。最近，谷歌宣布了其最新的超导芯片Willow。而如今，微软也推出了Majorana 1芯片，这是它在构建可扩展、容错的量子计算机方面的最新尝试。
为了支持这一声明，微软在《自然》科学杂志上发布了一篇论文。我们将这些宣布视为通往量子优势的漫长道路上的一步——即量子计算机变得在商业上可行的时刻。正如我在关于Willow的博客中所指出的，到目前为止，大多数演示实验使用的是假设性问题。微软宣称，它的方案将加速实现百万量子比特的目标，这足以解决实际问题。然而，目前为止，微软只展示了8个量子比特。
考虑到IBM和谷歌已经追求超导量子比特数十年，且现在已达到数百个量子比特，微软的替代策略是否有可能实现超越，还是会面临相同的可扩展性瓶颈？
微软的量子比特方法是一场大赌注
量子计算面临的最大挑战是错误纠正和可扩展性。微软的新芯片基于拓扑量子比特，利用稀有的马约拉纳粒子来实现固有的稳定性。与超导量子比特相比，拓扑量子比特的物理特性对噪声的敏感性较低。
如果成功，这一设计可能减少所需的错误纠正开销——这是量子计算实际应用中的最大障碍之一。至于可扩展性，微软的数字控制方法可能使其能够在单一基片上制造具有数千个量子比特的量子芯片。
微软已经花费了十年时间来开发所需的新型超导材料的理论和工程。竞争对手长期对微软的雄心持怀疑态度，持“祝你好运”的态度。对此，微软回应称：“超导厂商已经做了30年，看看我们10年做出的成果！”
虽然我们认为这一宣布是一个重要的进步，但还不足以完全证明微软是对的。但这确实是一个重要的步骤——微软现在拥有了一款芯片，并且有了一些证明其按预期工作证据的结果。历史上，我们曾看到早期的先驱为重新思考技术并超越竞争者铺平道路。事实上，沃森曾开创了自然语言界面，却被谷歌DeepMind、OpenAI等公司超越。我们现在是否也看到了类似的情形？也许吧。
微软与IBM、谷歌的差异
IBM和谷歌在现有架构的基础上不断优化，而微软则押注于未经验证的可扩展性。IBM的Heron芯片和谷歌的Willow芯片提高了量子比特的保真度，并力求减少已建立超导架构中的错误。相反，微软正在从根本上重新思考量子计算，可能会遇到一些未曾预见的瓶颈。目前仍有许多未知因素。值得注意的是，微软的《自然》论文承认，尚未证明用于构建量子比特的粒子存在。
微软的Azure集成可能加速软件准备工作，但也限制了生态系统的灵活性。没有软件和算法，大多数量子芯片对大多数人来说是无用的。IBM已经建立了强大的编程模型和基于云的量子访问，并拥有强大的合作伙伴网络和开源Qiskit。微软的方案则将量子计算嵌入Azure，简化了开发过程，但也创造了一个封闭的生态系统，可能会限制中间件合作伙伴的参与，从而延缓普及。
这对科技领袖意味着什么
微软的Majorana1芯片代表了对高风险高回报方法的大胆押注。尽管其潜力巨大，但实际应用仍需数年时间。目标是实现可扩展的、容错的量子计算机，能够比传统计算机以指数速度解决复杂问题。
大多数专家一致认为，这仍然至少需要十年的时间；微软的目标是将这一时间缩短一半。此次宣布意味着微软已经将其“赌注”压上，因为它现在坚信这种方法会成功。这意味着，科技领袖应当：
- 为后量子安全做规划。无论哪种架构最终获胜，组织都应为量子计算对加密和网络安全的影响做好准备。如果微软加速进展，Y2Q（到量子计算的年数）时间表将大大缩短。
- 密切关注进展。微软的成功取决于在规模化中证明量子比特的稳定性。关注其下一个里程碑。拥有理解量子进展细节的专家将是必不可少的。
- 根据需要多元化量子投资。鉴于不确定性，有着量子解决方案前景的公司应与多个量子比特提供商和平台合作，包括IBM、谷歌、微软和AWS，以避免单一技术和生态系统的风险。
现在下结论还为时过早
如果微软的方案成功，它可能会显著加速该领域的进展——但如果遇到相同的扩展性障碍，它可能需要大幅放慢进度，为竞争对手争取解决超导挑战的时间。同时，其他方法如离子阱、硅自旋和中性原子也在竞相展示其价值。
微软的拓扑量子比特策略能否突破，还是在某个时刻面临与竞争者相同的瓶颈并放缓进度？这是一个值得关注的时刻，但目前还无法做出结论。
