美國國防高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)將繼續支持微軟Azure Quantum在開發拓樸量子位元(Topological Qubit)技術的工作。 這項技術的開發將有助於實現實用規模的量子電腦,解決那些對傳統電腦來說難以解決的問題。 DARPA的US2QC計畫專門投資那些在設計和建造可擴展量子電腦方面有創新思路且具有發展前景的公司,微軟開發的拓樸量子比特技術便是DARPA的投資目標之一。
量子計算是一種新型的計算技術,它運用量子力學原理進行資訊處理與計算。 與傳統的電腦系統不同,量子電腦使用量子位元作為資訊編碼的基本單位,而不是傳統的二進位位元。 然而,量子位元非常容易出錯,而且在擴展時,錯誤也跟著被放大,而且在縮放時,會變得更加複雜。 為了解決這個問題,微軟Azure Quantum設計了以拓樸量子位元技術為基礎的容錯量子電腦。
拓樸量子位元是一種具有內建錯誤保護機制的量子位元。 微軟解釋說,拓樸量子位元的特別之處在於體積小、速度快,且可以進行數位控制,因此具有可擴展性。 微軟預計,使用拓樸量子位元技術建造的電腦,將有能力解決那些對傳統電腦來說過於複雜的化學、材料科學等領域的商業問題。
微軟進一步解釋說,如果量子電腦想要解決複雜的科學和商業問題,至少需要一百萬個穩定的量子比特,這些量子位元能夠執行1千萬兆次操作,且錯誤率需要遠低於千分 之一。 但是,目前的量子系統的量子位元數只有數百個,而且錯誤率在1%到0.1%之間。 他們認為,拓樸量子位元是實現可擴展、低錯誤率量子運算的關鍵。
微軟指出,一台拓樸量子位元電腦可以在單一晶片上控制超過一百萬個實體量子位元。 這足以在實際的時間範圍內執行非常複雜的運算。 此外,這台量子電腦的體積小到可以放在衣櫃裡。
拓樸量子位元與基於離子、電子和光子等基本粒子的量子位元技術不同,拓樸量子位元以物質的拓樸狀態為基礎。 由於量子資訊是儲存在物理系統的拓樸屬性中,而非單一粒子或原子的屬性中,因此被認為是目前最穩定的量子位元。
由於微軟的拓樸量子位元技術具有創新性和潛力,因此被DARPA選中並持續獲得投資。 隨著與DARPA進入下一階段的合作,微軟Azure Quantum團隊將會開發一個拓樸量子位元電腦容錯原型(FTP),以證明建置和操作實用規模量子電腦的可行性。
FTP的設計重點在於處理儲存在多個邏輯量子位元中的資訊。 這些量子比特代表成千上萬的實體量子位元,進而為可擴展量子電腦建立基準。 DARPA的測試和評估專家會對FTP架構設計進行評估,而DARPA也會在微軟的開發過程中獨立驗證微軟的科學發現成果。
除了發展拓樸量子位元技術的微軟之外,DARPA US2QC計畫還資助了其他幾家公司,包括使用光子進行量子運算的PsiQuantum,以及使用光學捕捉原子量子屬性進行量子運算的Atom Computing。