微軟推出全球首款拓撲量子晶片「Majorana 1」，AI+量子時代即將到來

微軟於當地時間週三（2月19日）正式宣布推出全球首款採用拓撲核心架構的量子晶片「Majorana 1」。這款晶片不僅外型科幻感十足，還被微軟譽為量子運算領域的重大突破，預計將大幅縮短打造實用量子電腦的時程。微軟表示，這款晶片顯示實用量子運算距離現實「只有幾年，而非幾十年」，與Google執行長皮查伊（Sundar Pichai）近期的預測不謀而合。

「Majorana 1」的亮相，標誌著繼Google Willow量子晶片後，量子運算領域又一里程碑誕生。這款晶片採用全新拓撲導體（Topoconductor）材料，能觀察並控制Majorana粒子，進而生成更穩定、更具擴展性的量子位元，為量子運算的未來開闢全新方向。微軟更透露，這項技術有望在單一晶片上整合百萬量子位元，足以應對當前最複雜的工業與社會挑戰。

突破性技術：拓撲導體與Majorana粒子

「Majorana 1」的核心在於微軟開發的世界首創拓撲導體，這種突破性材料能產生全新物質狀態，堪比半導體發明對現代電腦的影響。該晶片採用砷化銦與鋁組成的特殊材料堆疊，利用超導奈米線生成Majorana粒子，並透過其獨特性質提升量子位元的穩定性。微軟的設計讓量子位元可透過數位方式控制，大幅簡化操作流程，且在硬體層面即具備抗錯誤能力。

微軟研究團隊成功展示對費米子奇偶性（Fermion parity）的高精確度單次干涉測量，證實拓撲量子位元的可行性。目前，微軟已在一片晶片上實現八個拓撲量子位元的運作，並計劃逐步擴展至百萬量子位元規模。這項成果即將刊登於頂尖學術期刊《自然》（Nature），顯示其科學基礎的紮實性。

量子運算的應用潛力

微軟展望，這項技術將為多領域帶來革命性突破。例如，在材料科學中，量子電腦可能助於開發自我修復的建築材料；在環保領域，可望找出分解微塑膠的催化劑；在農業與醫療領域，則能透過深入理解酶的作用機制，提升糧食產量或開發新療法。此外，結合人工智慧（AI），量子運算可讓AI更有效地理解自然界語言，推動產品設計與問題解決。

相比之下，Google於去年12月推出的Willow量子晶片，在基準測試中能在不到5分鐘完成「標準基準運算」，而傳統超級電腦需耗時「10的25次方年」。微軟雖未公布「Majorana 1」的具體效能，但強調其錯誤率遠低於競爭對手，顯示不同的技術優勢。

挑戰與發展策略

儘管成果亮眼，量子運算仍面臨挑戰。微軟坦言，需進一步區分觀察到的狀態是真正的Majorana零模態，還是類似的Andreev束縛態。此外，材料製造、裝置製作與錯誤抑制策略仍有待精進。微軟採取分階段策略：從單一量子位元效能測試，到雙量子位元量測型編織操作，再到具錯誤檢測的八量子位元裝置，最終目標是打造可執行Lattice surgery的可擴展量子位元陣列。

微軟預測，隨著技術成熟，「AI+量子」的融合將成為趨勢，為科學家與工程師提供強大工具，加速科學發現與產業革新。然而，目前尚無公司實現可精準控制且商業化的量子運算，Google也稱Willow僅是「重要一步」，顯示距離目標仍有距離。

科技巨頭競逐量子未來

量子運算的發展時程成為業界焦點。NVIDIA執行長黃仁勋認為，實用量子運算還需20至30年，與Google（約5年）與IBM（2033年上線大規模叢集）的預測形成對比。D-Wave Quantum與IonQ則稱已實現部分應用，但商業化範圍有限。

微軟的「Majorana 1」研發近20年，獲美國國防部先進研究計畫署（DARPA）認可，成為其實用規模量子運算評估計畫的入選者之一。微軟同時透過Azure Quantum平台，整合AI、高效能運算與量子技術，展現商業化布局野心。負責長期策略投資的副總裁傑森·贊德（Jason Zander）稱此為「高風險、高回報」的計畫，並表示：「我們從無教科書可循，只能靠團隊逐原子打造新技術。」

越來越多巨頭加入戰局：NVIDIA將於3月舉辦「量子日」，Google與IBM深耕多年，微軟則喊出「2025年是量子就緒之年」。量子運算的「Transformer時刻」——即具商業價值的應用系統，似乎正逐步靠近。

專家觀點與展望

哈佛大學物理學教授菲利普·金（Phillip Kim）稱讚微軟的進展「令人振奮」，認為其半導體與超導體混合設計是打造大型量子晶片的良好途徑。他表示：「雖未有規模化證明，但他們的成果非常成功。」

微軟這款科幻風十足的晶片由華盛頓州與丹麥實驗室打造，象徵17年研究的里程碑。雖然成熟仍需時日，但其潛力已為人類社會開啟前所未有的技術革新可能。