光子盒研究院

6月22日，微软公布了三个重要的量子计算公告。首先，公司宣布它已经实现了通往量子超级计算机的六步路线图的第一个里程碑，并发表了一篇经同行评议的研究论文来证明这一成就。

这家科技巨头的第二项公告是将其人工智能（AI）助手Copilot整合到Azure Quantum中——这为基于云的量子工具增加了使用自然语言的能力。

微软将量子超级计算机定义为能够解决最强大的经典超级计算机也无法解决的问题的量子系统。与拥有物理量子比特的量子计算机不同，量子超级计算机需要可靠的逻辑量子比特——每一个都是由许多物理量子比特形成的。

“量子超级计算机将是我们这一代最重要的技术之一，使我们能够更像自然界一样进行计算，并解决许多社会最困难的挑战。”微软的工程师和高级量子开发副总裁Krysta Svore表示，构建量子超级计算机的第一步是开发一种在硬件层面具有内在稳定性的新量子比特。

微软指出，当今许多含噪声的中尺度（NISQ）量子计算机中使用的传统量子比特（例如自旋、transmon和gatemon量子比特），都缺乏所需的可扩展性。

这就是为什么这家科技巨头着手设计一种具有内在稳定性的新量子比特。

——美国物理学会期刊《物理评论B》上发表的一篇同行评议论文验证了这一成就。该论文详细介绍了一种设备的开发，该设备能够可控地诱导以马约拉纳零模（MZM）为特征的物质拓扑相，为创造更稳定的量子比特铺平了道路。

论文链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.245423

“多年来，我们设计了许多类型的量子比特，发现没有一个能够一直扩展到量子超级计算机，”Svore说：“这就是为什么我们要设计一种全新类型的可扩展量子比特，它在本质上比其他量子比特更稳定，而且小、快、可控。”

“我们现在可以创造和控制马约拉纳(Majoranas)。这就好比是发明了钢铁，导致了工业革命的启动。这一成就为下一个里程碑扫清了道路：即一个可以扩展的、受硬件保护的量子比特，我们现在正在设计它。

Svore指出，量子行业传统上通过计算其物理量子比特或量子体积来衡量量子系统。“但对于量子超级计算机来说，衡量性能将完全是为了了解该系统在解决实际问题时的可靠性。”

据微软称，其量子超级计算机首先需要每秒提供至少100万次可靠的量子操作（rQOPS），其错误率最多为10的负12次方（万亿分之一）操作。

一个rQOPS是由量子系统中逻辑量子比特的数量Q乘以硬件的逻辑时钟(clock)速度f得出的：

rQOPS = Q · f，

——而“我们整个行业还没有实现这个目标”，Svore认为，“只有当我们从NISQ时代过渡到实现可靠的量子比特时，才能实现这一目标。虽然今天的量子计算机的性能都是在rQOPS值为零的情况下，但这个指标量化了明天的量子计算机需要达到的价值。”

微软为实现其量子超级计算机制定了一个六步路线图，该路线图涉及以下内容：

- 创造和控制马约拉纳

- 开发受硬件保护的量子比特

- 高质量的硬件保护的量子比特

- 一个多量子比特系统

- 一个有“弹性(resilient)”的量子系统

- 一个可靠的量子超级计算机

Svore强调，第五步将是一个基础性的突破，可以实现第一个rQOPS。“我们将首次拥有逻辑量子比特和一个有弹性的量子系统。一旦我们拥有这些可靠的逻辑量子比特，我们[将]能够设计一台量子超级计算机。”

微软将弹性量子系统定义为“在可靠的逻辑量子比特上运行的量子机，并能展示出比底层物理量子比特更高的操作质量”。

当达到最后一步量子超级计算机时，它将“解开以前从未接触过的解决方案，这些解决方案在经典计算机上是难以解决的。”

建立一个量子超级计算机是微软为实现其将化学和材料科学的进展压缩到一个明显更短的时间框架内的愿景，所做的尝试之一。“我们的目标是将未来250年的化学和材料科学进展压缩到未来25年，”微软董事长兼CEO Satya Nadella说。

另一项战略是整合人工智能。该公司一直在将OpenAI的生成性预训练转化器整合到其产品线中，这次它将其扩展到Azure Quantum。

微软Azure Quantum工具中的Copilot旨在帮助科学家使用自然语言来推理复杂的化学和材料科学问题、学习量子知识并为量子计算机编写代码。

Svore指出，这个由GPT驱动的新Copilot将得到与量子计算、化学和材料科学相关的额外数据的增强。微软将这些功能，包括内置的代码编辑器、量子模拟器和无缝代码编译，整合到一个基于浏览器的体验中；用户可以免费试用，而不需要Azure订阅。

“你可以问Copilot关于量子的问题、可以要求它在浏览器中直接开发和编译量子代码、可以问它关于化学和分子特性的问题，这样，客户就可以迅速了解最新的研究情况。”微软表示，“我们的目标是鼓励为学习者和创新者在这些变革性领域之间架起一座更强大的桥梁。”

参考链接：

[1]https://www.sdxcentral.com/articles/news/microsoft-lays-out-6-steps-to-quantum-supercomputing-hits-first-milestone/2023/06/

[2]https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2023/06/21/microsoft-achieves-first-milestone-towards-a-quantum-supercomputer/

[3]https://blogs.microsoft.com/blog/2023/06/21/accelerating-scientific-discovery-with-azure-quantum/