拓扑量子位目前还不存在 ， 但微软公司确信它们将会规模化 。
上图：微软表示 ， 它可以看到电线末端有两个明显的峰值 ， 这两个峰值与其他能量状态之间有很好的能量分离 。
到目前为止 ， 两项主要的量子计算技术已经商业化 。 一种名为Transmon的硬件涉及连接到谐振器的超导导线回路 ， 谷歌、IBM和Rigetti等公司都在使用这种硬件 。 而 Quantinuum和IonQ等公司则使用光陷阱中的单个离子 。 目前 ， 这两项技术都处于尴尬境地 。 它们显然已经被证明是有效的 ， 但在执行有用的计算之前 ， 它们还需要一些显著的扩展和质量改进 。
而微软 ， 却致力于一种叫做“拓扑量子位”的替代技术 ， 这可能会有点令人惊讶 。 因为这项技术远远落后于其他选择 。 但该公司刚刚宣布 ， 他们已经计算出了制造量子位的物理原理 。 那么 ， 为什么微软会选择这条冷僻的路径呢？微软工程师切坦·纳亚克（Chetan Nayak）为我们解释了公司的进展和计划 。
量子位的基础
微软在起步时落后于一些竞争对手 ， 是因为它的系统的基本物理原理还没有完全搞清楚 。 该公司的系统依赖于“马约拉纳粒子”（Majorana）的受控生产 ， 这种粒子仅在过去十年才被证明存在（即使在那时 ， 它的发现也一直存在争议） 。
这种粒子的名字来源于埃托雷·马约拉纳 ， 他早在20世纪20年代就提出了这个想法 。 用最简单的术语来说 ， 马约拉纳粒子就是它自己的反粒子 ， 两个自旋不同的马约拉纳粒子如果相遇就会湮灭 。 到目前为止 ， 没有一种已知的粒子似乎是马约拉纳粒子（除了中微子 ， 其他粒子都肯定不是） 。 但这一概念之所以得以延续 ， 是因为有可能制造出马约拉纳准粒子 ， 也就是一组粒子和场 ， 在某些情况下 ， 这些粒子和场的行为就像是单个粒子 。
最突出的准粒子可能是库珀对（Cooper pair） ， 其中两个电子以一种改变它们行为的方式成对 。 库珀对是超导作用的必要条件 。
微软工程师切坦·纳亚克说 ， 微软的系统包括一根超导导线和它的附属库伯导线 。 在正常情况下 ， 有一个额外的、未配对的电子会对系统的总能量产生一定的影响 。 但在有磁场的足够小的导线中 ， 有可能在导线的末端粘贴一个电子 ， 而不需要任何能量成本 。 也就是说 ， 在拓扑态和拓扑超导体中 ， 你最终会有这样的状态 ， 无需消耗能量 ， 就可以吸收一个额外的电子 。
这就是量子力学 ， 电子并不局限于它插入的导线的末端；相反 ， 它在两端都是离域的 。 基本上 ， 两端都是量子波函数的实部和虚部 。 这些结束状态被称为“马约拉纳（Majorana）零模式” ， 微软现在表示 ， 它已经创建了这些模式 ， 并测量了它们的性质 。
从准粒子到量子位
就其本身而言 ， 马约拉纳零模无法作为量子位元使用 。 但纳亚克说 ， 有可能将它们与附近的量子点连接起来 。 （量子点是一种材料的碎片 ， 其尺寸小于该材料中电子的波长 。 ）他描述了一种 U 形线 ， 每端具有马约拉纳零模式 ， 而这些端靠近量子点 。
纳亚克解释道：“你可以有效地通过一个虚拟过程 ， 让一个电子隧道从量子点进入一个马约拉纳零模 ， 并让电子隧道从另一个马约拉纳零模进入量子点 。 ”这些交换改变了量子点存储电荷的能力（换句话说 ， 它的电容） ， 这是一种可以测量的属性 。 纳亚克还说 ， 电线和量子点之间的连接是可以控制的 ， 这可能会使马约拉纳零模断开 ， 这将有助于保持它们的状态 。
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