微软的量子计算突破终于来了！研究人员在Nature发文，给出他们发现天使粒子——马约拉纳费米子（Majorana fermion）存在的有力证据，他们在特殊制备的导线中，将电子分为两半。这项工作意义重大，至少在人工制备/调控、操纵量子态领域取得了巨大进展，有助于量子信息科学发展和应用。
3月28日，微软宣布了一项量子计算的重大突破：在一条导线中，电子分为两半。微软的研究人员观察到被称为“天使粒子”的马约拉纳费米子（Majorana fermion）存在的相当有力的证据，电子在他们的导线中分裂成半体。如果微软希望建造一台能工作的量子计算机，这将是至关重要的。
IBM、谷歌、英特尔等大公司（甚至还有一些初创公司）已经造出具有多个量子比特的量子计算机。微软看起来是落后的，它甚至没有产生过一个量子比特！但是，微软正在研发自己的量子计算机，它结合brain-melting的物理机制，克服了困扰竞争对手的一大挑战。如果一切顺利的话，这将是一个非常重大的突破。
量子计算机是以量子物理学为基础的计算机，即研究微观粒子的物理学。
量子计算机被用于执行普通计算机很难或不可能完成的计算。虽然谷歌有报道过72量子比特的计算机，但这些都是不精确的的量子比特。来自外部环境的微小震动或能量都可能导致计算错误。但微软的“拓扑”量子计算机可能能够大大降低噪音。微软的研究人员今年取得了一系列重要进展，包括发表在Nature的最新论文。他们认为，将在今年年底前得到可工作的量子比特。
微软量子计算业务发展总监Julie Love几周前接受采访时说：“我们的一个量子比特将会有1000个、甚至10000个嘈杂的量子比特那样强大。”计算机以比特（bits）作为计算单位，即二进制位，例如一枚硬币，可以是正面，也可以是反面。一个量子比特（quantum bit），或称量子位（qubit），也是一样的，只不过在计算过程中，硬币是在一个黑盒子里翻转。
微软的研究人员认为，克服这个问题的关键是拓扑系统（topological system）。这是一个工程系统，无论你如何改变它，都会保留一些固有的特性。这些特性即拓扑对象（topological objects）。研究人员首先需要构建他们的拓扑对象。微软专门制造了一条由锑化铟制成的半导体导线，并用超导铝包裹。
在磁场中，将这条导线冷却至接近绝对零度，使电子形成一种集体行为，该行为迫使某些电子特性呈现离散值。
这些马约拉纳零模也构成两个量子比特状态。如果你把它们放在一起，它们要么变成零，要么变成一个完整的粒子。这就是微软科学家所报道的进展：他们观察到这些马约拉纳零模存在的相当有力的证据，电子在他们的导线中分裂成半体。本质上说，微软开发了一个由原子组成的系统，这个系统看上去在两端都有一个电子的一半。
当你移动其中一个电子半体时，他们的特殊设置不会因为量子噪音而坏掉。把这两个电子半体放在一起，你就会得到两个量子比特状态之一：是，或者什么都不是。
但是，这只是创建了一个不太静态的系统。要实际进行量子计算还有更多的事情要做。“我们需要让两个马约拉纳子在彼此附近移动，这样交换所产生的效果应该显示非阿贝尔统计，”微软和代尔夫特理工大学研究员Leo Kouwenhoven接受Gizmodo采访时说（译注：非阿贝尔任意子由于其特殊的统计规律，在拓扑量子计算中有重要的应用）。我们需要以某种方式实际操纵马约拉纳粒子。
拓扑量子计算机（Topological Quantum Computer）的优势在于，它对外在噪声的抵抗力比普通的量子计算机更强，更具鲁棒性。最近几年，随着‘拓扑量子计算机’概念的出现，马约拉纳费米子受到了广泛的关注。研究人员尚未通过实验展示编织，但微软量子研究公司副总裁Todd Holmdahl表示，他们希望在一年内实现这一发现。
Kouwenhoven说，重要的是要注意，这些拓扑量子比特还不能完成其他量子比特能够做的所有事情。如果把两个量子态所有可能的组合，看做一个球体上的点，这些交换操作不能击中球面上的每个点。但是，Kouwenhoven暗示，“我们有一个计划。”没有参与研究的物理学家们对此感到兴奋，原因有几个。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系副教授Smitha Vishveshwara告诉Gizmodo说：“我认为这篇论文很重要。”她认为要做到编织（braid）还需要一定时间：“许多步骤仍然必须落实到位。但每当确认新的一步时，我都觉得这很刺激。”
她对物理本身同样兴奋。这些“马约拉纳粒子”最初被推定为以自身反粒子的形式存在于自由空间中。目前在自由空间中还没有发现马约拉纳粒子，但在像这样的系统中发现他们的模拟是很酷的。毋庸置疑，微软已经投入数百万美元用于发现高度工程化系统中的新物理，以便让量子计算机发挥作用。这也从某种意义上说明，为什么微软还没有做出来相互作用的量子比特，但一直在开发量子硬件，以及量子计算机软件开发套件的工作。
微软有信心，如果它能够把所有东西都运转起来，它将拥有最好的能力，并且能够快速赶上竞争对手。“我们有一个稳定的量子比特，比其他人的更稳定，”Love说。“你可以用砖块建造一座房子，但砖是造不出摩天大楼的，我们的量子就像钢铁一样，能建立起高楼大厦。”相关研究发表在最新一期Nature杂志。
值得一提，这项工作的三位联合一作，两位是华人，分别是张浩、Chun-Xiao Liu和Sasa Gazibegovic。其中，张浩（下图）本科毕业于北京大学物理系，在杜克大学取得博士学位，现在TUDelft做博士后。Chun-Xiao Liu也是华人，所属机构是马里兰大学。