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微软于当地时间週三（2月19日）正式宣布推出全球首款採用拓扑核心架构的量子晶片「Majorana 1」。这款晶片不仅外型科幻感十足，还被微软誉为量子运算领域的重大突破，预计将大幅缩短打造实用量子电脑的时程。微软表示，这款晶片显示实用量子运算距离现实「只有几年，而非几十年」，与Google执行长皮查伊（Sundar Pichai）近期的预测不谋而合。

「Majorana 1」的亮相，标誌着继Google Willow量子晶片后，量子运算领域又一里程碑诞生。这款晶片採用全新拓扑导体（Topoconductor）材料，能观察并控制Majorana粒子，进而生成更稳定、更具扩展性的量子位元，为量子运算的未来开闢全新方向。微软更透露，这项技术有望在单一晶片上整合百万量子位元，足以应对当前最複杂的工业与社会挑战。

突破性技术：拓扑导体与Majorana粒子

「Majorana 1」的核心在于微软开发的世界首创拓扑导体，这种突破性材料能产生全新物质状态，堪比半导体发明对现代电脑的影响。该晶片採用砷化铟与铝组成的特殊材料堆叠，利用超导奈米线生成Majorana粒子，并透过其独特性质提升量子位元的稳定性。微软的设计让量子位元可透过数位方式控制，大幅简化操作流程，且在硬体层面即具备抗错误能力。

微软研究团队成功展示对费米子奇偶性（Fermion parity）的高精确度单次干涉测量，证实拓扑量子位元的可行性。目前，微软已在一片晶片上实现八个拓扑量子位元的运作，并计划逐步扩展至百万量子位元规模。这项成果即将刊登于顶尖学术期刊《自然》（Nature），显示其科学基础的扎实性。

量子运算的应用潜力

微软展望，这项技术将为多领域带来革命性突破。例如，在材料科学中，量子电脑可能助于开发自我修复的建筑材料；在环保领域，可望找出分解微塑胶的催化剂；在农业与医疗领域，则能透过深入理解酶的作用机制，提升粮食产量或开发新疗法。此外，结合人工智慧（AI），量子运算可让AI更有效地理解自然界语言，推动产品设计与问题解决。

相比之下，Google于去年12月推出的Willow量子晶片，在基準测试中能在不到5分钟完成「标準基準运算」，而传统超级电脑需耗时「10的25次方年」。微软虽未公布「Majorana 1」的具体效能，但强调其错误率远低于竞争对手，显示不同的技术优势。

挑战与发展策略

儘管成果亮眼，量子运算仍面临挑战。微软坦言，需进一步区分观察到的状态是真正的Majorana零模态，还是类似的Andreev束缚态。此外，材料制造、装置制作与错误抑制策略仍有待精进。微软採取分阶段策略：从单一量子位元效能测试，到双量子位元量测型编织操作，再到具错误检测的八量子位元装置，最终目标是打造可执行Lattice surgery的可扩展量子位元阵列。

微软预测，随着技术成熟，「AI+量子」的融合将成为趋势，为科学家与工程师提供强大工具，加速科学发现与产业革新。然而，目前尚无公司实现可精準控制且商业化的量子运算，Google也称Willow仅是「重要一步」，显示距离目标仍有距离。

科技巨头竞逐量子未来

量子运算的发展时程成为业界焦点。NVIDIA执行长黄仁勋认为，实用量子运算还需20至30年，与Google（约5年）与IBM（2033年上线大规模丛集）的预测形成对比。D-Wave Quantum与IonQ则称已实现部分应用，但商业化範围有限。

微软的「Majorana 1」研发近20年，获美国国防部先进研究计画署（DARPA）认可，成为其实用规模量子运算评估计画的入选者之一。微软同时透过Azure Quantum平台，整合AI、高效能运算与量子技术，展现商业化布局野心。负责长期策略投资的副总裁杰森·赞德（Jason Zander）称此为「高风险、高回报」的计画，并表示：「我们从无教科书可循，只能靠团队逐原子打造新技术。」

越来越多巨头加入战局：NVIDIA将于3月举办「量子日」，Google与IBM深耕多年，微软则喊出「2025年是量子就绪之年」。量子运算的「Transformer时刻」——即具商业价值的应用系统，似乎正逐步靠近。

专家观点与展望

哈佛大学物理学教授菲利普·金（Phillip Kim）称讚微软的进展「令人振奋」，认为其半导体与超导体混合设计是打造大型量子晶片的良好途径。他表示：「虽未有规模化证明，但他们的成果非常成功。」

微软这款科幻风十足的晶片由华盛顿州与丹麦实验室打造，象徵17年研究的里程碑。虽然成熟仍需时日，但其潜力已为人类社会开启前所未有的技术革新可能。