近日谷歌在《自然》（Nature）雜誌上發表了震驚科技圈的論文，聲稱他們的量子計算機“Sycamore”已經取得了量子霸權（quantum supremacy），能在短短3分20秒內完成一項驗證大數字隨機性的任務。這意味著行業正朝著超強計算機邁出重要一步，也進一步證明利用量子力學規則確實能夠解決當前經典計算機無法處理的複雜難題。

而在這場量子計算的巨頭競爭中，微軟另闢蹊徑，希望透過重新設計量子計算的核心元素--量子位（qubit）來突破現有的桎梏。事實上，微軟一直在研究名為“拓撲量子位”（topological qubit）的技術，希望為量子計算機夯實基礎。微軟量子計算軟體部門總經理Krysta Svore說，在花了五年時間弄清拓撲量子位的複雜硬體之後，公司幾乎準備好使用它們。

本週四開幕的IEEE International Conference on Rebooting Computing大會上，Svore表示：“我們已經花費了數年時間來開發這項技術，我堅信我們已經非常接近實現這一目標。”

在理論物理學家Richard Feynman提出量子計算概念的50多年後，量子理論正一步步走進現實。為駕馭規模化量子計算機而專門最佳化的新的程式語言，讓開發者能夠編寫量子程式，在當前的量子模擬器上除錯，並能夠在未來真正的拓撲量子計算機上執行，微軟開發了拓撲量子位。

研究人員表示，量子計算最終將被用來解決全球社會面臨的最棘手的問題——從飢餓到氣候變化。Krysta Svore表示：“量子計算機能夠對自然進行建模，而透過經典計算機，我們並不能真正瞭解這些流程。”專家認為，拓撲量子計算機最早的用途之一就是幫助人工智慧研究人員利用機器學習，加快訓練演算法的勞動密集型流程。

多年來物理學家一直在談論開發量子計算機的可能性，努力開發一個擁有足夠高精確度的有效量子位，以便在開發真正可行的量子計算機中發揮作用。對於那些僅使用最低精確度的物理量子位的研究人員來說，大約需要1000個物理量子位才能組成一個“邏輯”量子位，這種量子位非常可靠，足以用於任何真正有用的計算。

問題在於，量子位非常挑剔。即便是最輕微的擾亂，它們也會“散開”，用外行話來說，就是它們不再是可用於計算的物理狀態。因此微軟引入了拓撲量子位概念，使其更加穩定，且能提供更多固有的防錯能力。根據定義，物質的拓撲狀態就是電子可被分解、並出現在系統不同地方的狀態。一旦電子被分解，就很難被幹擾，因為你必須改變所有儲存在不同地方的資訊。

Krysta Svore，在微軟負責基於量子計算機及量子模擬器執行的軟體開發工作。

為了建立完整的計算平臺基礎設施，微軟還同步開發用於拓撲量子計算的構建塊、軟體和程式語言。即使拓撲量子位預計比一般的量子位更強健，但它還是相當脆弱。保護它免受外界干擾的唯一方法就是把它放在非常非常寒冷的地方。

微軟量子計算部門架構師Douglas Carmean帶領的團隊致力於開發一個讓量子位能夠在近乎絕對零度（或30毫開爾文）條件下執行的系統架構。這是地球上最寒冷的地方，甚至比宇宙深空還要寒冷，但它能讓在室溫中工作的人和計算機進行通訊。

Svore說，微軟拓撲量子位的主要優點是製作一個邏輯量子位所需的物理量子位更少。她說：“我們相信這會大大減少管理費用。”這意味著量子計算機將以更少的量子位執行，且執行效果更佳。

作為比較，谷歌的Sycamore量子計算晶片使用了53個物理量子位。而真正嚴謹的量子計算任務中，研究人員希望達到至少100萬量子位水平。不過擺在微軟面前的難題是尚不可用。要真正投入使用還需要一段時間的繼續開發。

根據發表在《科學報告》雜誌上的一項研究，東北大學的研究人員已經開發了一種演算法，可以提高加拿大設計的量子計算機能力，從而更有效地找到複雜問題的最佳解決方案。

量子計算利用了亞原子粒子可以同時處於多個狀態的能力。人們期望透過量子計算的這種能力，在更短的時間內處理更多的資訊，將現代計算提升到一個新的水平。

這款 D-Wave 量子退火器是由一家加拿大公司開發的，該公司聲稱其銷售的是世界上第一臺商用量子計算機。計算機採用了量子物理學的概念來解決“組合最佳化問題”。這類問題的一個典型示例是這樣描述的：“給定一個城市列表以及每兩個城市之間的距離，訪問每個城市並返回原點的最短路徑是什麼?”企業和行業面臨著大量類似的複雜問題，他們希望使用最少的資源在許多可能的解決方案中找到最佳解決方案。

日本東北大學的博士研究生岡田俊太郎和資訊科學家 Masayuki Ohzeki 與全球汽車零部件製造商以及其他同行合作開發了一種演算法，提高了D-Wave 量子退火器解決組合最佳化問題的能力。

該演算法中解決問題的方式是透過將目標問題分解成系列子問題來實現的。D-Wave 量子退火器迭代最佳化每個子問題，從而解決目標問題。 東北大學演算法透過將目標問題分解成較大的子問題來改進另一個相同概念的演算法，得到更有效、更最佳化的解決方案。

“上述提出的演算法也適用於未來版本的包含更多量子位元的D-Wave 量子退火器，”Ohzeki 說。量子位元是量子計算的基本單位。“隨著量子退火器中的量子位元數量增加，我們將能夠獲得更好的解決方案。”他說。 該團隊接下來的目標是評估他們的演算法對於各種最佳化問題解決方案的實際效用。

根據發表在《科學報告》雜誌上的一項研究，東北大學的研究人員已經開發了一種演算法，可以提高加拿大設計的量子計算機能力，從而更有效地找到複雜問題的最佳解決方案。

量子計算利用了亞原子粒子可以同時處於多個狀態的能力。人們期望透過量子計算的這種能力，在更短的時間內處理更多的資訊，將現代計算提升到一個新的水平。

這款 D-Wave 量子退火器是由一家加拿大公司開發的，該公司聲稱其銷售的是世界上第一臺商用量子計算機。計算機採用了量子物理學的概念來解決“組合最佳化問題”。這類問題的一個典型示例是這樣描述的：“給定一個城市列表以及每兩個城市之間的距離，訪問每個城市並返回原點的最短路徑是什麼?”企業和行業面臨著大量類似的複雜問題，他們希望使用最少的資源在許多可能的解決方案中找到最佳解決方案。

日本東北大學的博士研究生岡田俊太郎和資訊科學家 Masayuki Ohzeki 與全球汽車零部件製造商以及其他同行合作開發了一種演算法，提高了D-Wave 量子退火器解決組合最佳化問題的能力。

該演算法中解決問題的方式是透過將目標問題分解成系列子問題來實現的。D-Wave 量子退火器迭代最佳化每個子問題，從而解決目標問題。 東北大學演算法透過將目標問題分解成較大的子問題來改進另一個相同概念的演算法，得到更有效、更最佳化的解決方案。

“上述提出的演算法也適用於未來版本的包含更多量子位元的D-Wave 量子退火器，”Ohzeki 說。量子位元是量子計算的基本單位。“隨著量子退火器中的量子位元數量增加，我們將能夠獲得更好的解決方案。”他說。 該團隊接下來的目標是評估他們的演算法對於各種最佳化問題解決方案的實際效用。