微軟發表全球首創拓撲量子晶片Majorana 1，揭開百萬量子位元運算新紀元

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科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳發表於 2025年2月20日

圖、微軟發表全球首創拓撲量子晶片Majorana 1，揭開百萬量子位元運算新紀元

微軟2月19日重磅宣布推出全球首款採用拓撲核心架構的量子晶片Majorana 1，這項突破性發展預計將大幅縮短實現具實用價值量子電腦的時程。這款創新晶片採用全新的拓撲導體(Topoconductor)材料，能夠觀察並控制Majorana 粒子，進而生產更可靠、更具擴展性的量子位元，為量子運算的未來開創嶄新方向。

此項技術突破的關鍵在於微軟開發出世界首創的拓撲導體，這種突破性材料能產生全新的物質狀態。就如同半導體的發明促成了現今智慧型手機和電腦的誕生，拓撲導體的問世為量子系統的發展帶來新契機。微軟表示，這項技術有望實現在單一晶片上整合百萬量子位元的目標，而這樣的運算能力將足以解決當前最複雜的工業和社會問題。

Majorana 1的核心技術基於多年來微軟在拓撲量子位元領域的深耕。研究團隊成功開發出由砷化銦和鋁組成的全新材料堆疊，這種特殊材料能夠產生Majorana粒子並利用其獨特性質。微軟的創新設計使得量子位元能夠透過數位方式進行控制，大幅簡化了量子運算的操作流程，同時在硬體層面就具備了抗錯誤能力。

這項技術的實現過程中，微軟研究人員成功展示了對費米子奇偶性（Fermion parity）的高精確度單次干涉測量。這項成就不僅證實了拓撲量子位元的可行性，更為未來大規模量子處理器的開發奠定重要基礎。目前，微軟已經成功在一片晶片上實現八個拓撲量子位元的運作，並規劃逐步擴展至百萬量子位元的規模。

在實際應用方面，微軟展望這項技術將為多個領域帶來革命性突破。例如在材料科學領域，量子電腦可能協助開發自我修復的建築材料；在環保領域，有望找出分解微塑膠的有效催化劑；在農業和醫療領域，則可能透過更深入理解酶的作用機制，提升糧食產量或開發新型治療方法。

為了確保技術的實用性，微軟採用了分階段的開發策略。首階段著重於單一量子位元裝置的效能測試，接著擴展到兩個量子位元的量測型編織操作，後續則規劃發展具有量子錯誤檢測機制的八量子位元裝置，最終目標是建立可進行Lattice surgery的可擴展量子位元陣列。

然而，這項技術仍面臨一些待解決的挑戰。首要問題是需要明確區分觀察到的狀態究竟是真正的Majorana零模態，還是具有類似特性 Andreev束縛態。此外，在材料製造、裝置製作和錯誤抑制策略等方面，仍需要進一步的研究和改進。

微軟的這項突破性發展已獲得美國國防部先進研究計畫署（DARPA）的肯定，成為其實用規模量子運算評估計畫的最終階段入選者之一。這表明了微軟在量子運算領域的技術實力已獲得權威機構的認可，為未來發展奠定重要基礎。

隨著量子運算技術的進展，微軟也積極發展相關的生態系統。透過Azure Quantum平台，客戶可以結合 AI、高效能運算和量子平台的優勢，推動科學發現。這種整合式解決方案的提供，顯示出微軟在量子運算商業化道路上的全面布局。

微軟計劃將這項技術與人工智慧結合，創造更強大的運算能力。透過讓量子電腦「教導」AI理解自然界的語言，科學家和工程師將能更有效地設計和優化各種產品和解決方案，為產業發展帶來革命性的改變。

這項在量子運算領域的重大突破，代表微軟十七年來在拓撲量子運算研究的重要里程碑。雖然技術的成熟仍需時日，但微軟展現出的研發實力和長期投入，已為量子運算的未來發展開創嶄新的可能性，有望為人類社會帶來前所未有的技術革新。(1270字；圖1)

參考資料：
Microsoft' s Majorana Topological Chip — An Advance 17 Years in The Making. The Quantum Insider. 2025/02/19.
Microsoft' s Majorana 1 Chip Carves New Path for Quantum Computing. The Quantum Insider. 2025/02/19.

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