微软Majorana 2量子芯片：千倍可靠性跃升

微软发布 Majorana 2 量子芯片：千倍可靠性跃升，商用目标提前至 2029 年

微软在 Build 开发者大会上正式发布了第二代拓扑量子芯片 Majorana 2，宣布将实现商用量子计算机的目标时间缩短一半至 2029 年。

铝换铅：材料革新带来的千倍飞跃

Majorana 2 的核心突破在于材料体系的重构。上一代 Majorana 1 使用铝作为超导体材料，而 Majorana 2 将超导体替换为铅。

这一改动看似简单，效果却极其显著。铅的超导能隙远大于铝，从约 30 微电子伏特提升至约 70 微电子伏特——直接翻倍。更大的超导能隙意味着量子比特面临的环境干扰被更有效地屏蔽，就像给芯片穿上了一层更厚的"量子防弹衣"。

同时，半导体有源区从纯砷化铟升级为砷化铟-砷化铟锑组合，增强了自旋轨道耦合效应，减少了器件内部的无序性——这对维持拓扑量子态至关重要。

从毫秒到分钟：数据背后的意义

具体来看，Majorana 1 的量子比特寿命在 1-12 毫秒之间，而 Majorana 2 的平均寿命超过 20 秒，部分实例甚至达到 1 分钟。微软将这一提升比喻为：原本一天就需要充电的手机电池，现在能撑近三年。

更重要的是，Majorana 2 的宇称翻转时间（parity switching time）比典型量子比特操作时间长了七个数量级——这意味着在发生错误之前，可以执行数百万次运算。而量子纠错正是整个量子计算领域面临的最大挑战之一。

12 个量子比特，离商用还有多远？

需要保持清醒的是，Majorana 2 目前只有 12 个量子比特，距离商用量子计算机所需的数百万量级仍有巨大鸿沟。但微软押注的是拓扑路线的天然纠错优势。

与传统超导量子比特（如 IBM、Google 的方案）不同，微软的拓扑量子比特信息存储在 Majorana 零模式的宇称中——即纳米线内电子数的奇偶性。信息分布在多个粒子之间，而非存储在单个粒子上，因此天生对局部环境干扰免疫。这种"硬件级纠错"能力意味着理论上所需的冗余量子比特数量远少于其他路线。

DARPA 背书与物理界的质疑

微软量子团队目前处于美国国防高级研究计划局（DARPA）"非常规系统"量子计算计划的最终阶段——全球仅有两家机构进入这一阶段。微软表示已向 DARPA 公开了包括商业敏感信息在内的全部数据和工作细节。

然而，物理学界的质疑从未停止。去年 Majorana 1 发布时，圣安德鲁斯大学的物理学家 Henry Legg 直言微软的研究"已经坚定地从科学进入了信仰的领域"。康奈尔大学的 Eun-Ah Kim 和纽约大学的 Javad Shabani 也认为数据不够有说服力。加州理工的 Jason Alicea 认为"声称发现拓扑量子比特的门槛应该更高"。

微软 2018 年曾在《自然》杂志发表过一篇关于 Majorana 零模式的论文，后来被撤回——这段历史让部分物理学家保持警惕。

对此，微软量子执行副总裁 Jason Zander 回应称："我们 100% 支持我们的结果。我们欢迎物理学界一直存在的辩论……关键是要去读论文、看数据、与我们分享信息的专家交流。"

需要注意的是，微软此次发布的技术论文尚未经过同行评审。

Microsoft Discovery：AI 辅助量子研发

与 Majorana 2 同步发布的还有 Microsoft Discovery 平台，这是一个面向前沿研发的 AI 智能体平台。微软自己的量子团队正是用它辅助 Majorana 芯片的研发过程。

Discovery 允许研究人员部署由人类专家指导的自主 AI 智能团队，对大量知识进行推理、生成假设、优化实验、验证理论并持续学习。该平台已正式开放，个人开发者可通过 GitHub Copilot 账户免费使用本地版本。

怎么看这件事

拓扑量子计算是一条高风险高回报的路线。微软在这条路上已经走了近 20 年，经历了论文撤回和持续质疑，但仍然不断推进。从 1 毫秒到 20 秒的跨越如果经得起验证，确实是量子硬件领域的里程碑。

但几点需要冷静看待：

• 12 个量子比特到商用级别的跨度极大，材料性能提升不代表规模化能力同步提升
• 论文尚未经同行评审，DARPA 的审计是重要背书但非最终定论
• 拓扑量子比特的"天然纠错"优势在实践中是否如理论般可靠，仍需时间验证

2029 年的目标很激进。但考虑到微软在过去一年内实现了 1000 倍的可靠性提升，如果这一趋势持续，也并非完全不可能。量子计算进入"AI 辅助研发"阶段，可能正在加速整个领域的进程。

来源：Microsoft Source · The Verge · BBC · Bloomberg