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872: Microsoft’s “Majorana 1” Chip Brings Quantum ML Closer
2025/3/21
Super Data Science: ML & AI Podcast with Jon Krohn
J
John Krohn
John Krohn: 微软发布的Majorana 1量子芯片是量子计算领域的一次重大突破。它使用了基于马约拉纳粒子的拓扑量子比特，这些量子比特比现有技术中使用的量子比特更加稳定，这意味着我们可以更快地解决现实世界中的工业规模问题。Majorana 1是一个量子处理单元（QPU），类似于GPU或神经处理单元，用于机器学习。它使用一种名为拓扑导体的新型材料构建，这种材料可以创建和控制马约拉纳粒子，这是一种奇特的准粒子，可以以高度稳定的方式编码量子信息。微软的芯片利用马约拉纳反粒子，产生的量子比特比传统量子比特更可靠，错误更少。微软将Majorana 1描述为“量子时代的晶体管”，它是一个可能使量子计算可扩展的基本组件。拓扑量子比特具有“硬件保护”，不易受环境干扰，因为它们将信息存储在系统的拓扑属性中，这使得量子比特对噪声不那么敏感，需要更少的纠错。Majorana 1 芯片目前只有 8 个拓扑量子比特，但这项技术的芯片设计可以扩展到单芯片百万量子比特。微软的方法旨在通过使每个量子比特都具有内在稳定性来克服扩展性难题，从而可以集成更多量子比特而不会使系统崩溃。微软声称这种新架构为实现百万量子比特的量子计算机提供了一条清晰的路径，这大约是量子机器在广泛的重要问题上超越经典计算机的门槛。Majorana 1 旨在构建容错的量子计算机，能够自我纠错并可靠地运行长时间计算。微软的拓扑量子比特是朝着容错量子计算机目标迈出的直接一步，他们的策略大胆且具有长期眼光，目前已取得成果。百万量子比特的稳定量子计算机能够解决经典计算机几乎无法解决的计算问题，例如在化学和材料科学领域模拟复杂的化学反应以发现新的催化剂和材料；在医疗保健领域，准确模拟分子和生物过程，加快药物研发；在物流和优化领域，轻松解决海量优化问题。量子计算机可以破解当前保护我们数据的加密算法，这既是威胁也是机遇，推动了量子安全加密的发展。量子计算机对数据科学和人工智能的影响之一是机器学习，量子计算和人工智能的结合将带来新的能力。量子计算机可以并行处理大量的组合可能性，擅长处理大型数据集和复杂的概率分布。量子算法可以比经典方法更快、更准确地压缩和分析大型数据集。量子机器学习可以简化大型数据集而不会丢失重要细节。量子计算机可以原生解决机器学习中的一些优化问题和线性代数运算，这可以加快模型训练或更高效地搜索参数空间。随着量子硬件的扩展，我们可能会看到混合算法，其中人工智能工作流程中繁重的数字运算部分会被卸载到量子协处理器。量子机器学习（QML）领域发展迅速，应用广泛，例如优化城市交通流量、在医疗保健的计算机视觉中检测异常情况等。微软的Majorana 1是实现规模化量子计算的重要里程碑，它为构建稳定量子比特提供了一种新的方法。虽然Majorana 1 很有前景，但仍需谨慎乐观，未来还有许多工程障碍需要克服。对于数据科学从业者来说，这项发展提醒我们关注量子计算领域，量子增强的数据科学时代正在临近。随着像微软这样的公司推动可扩展的量子硬件，我们可以预期未来曾经无法想象的任务将变得司空见惯，例如发现救命药物、优化复杂系统或训练下一代 AI 模型。
Deep Dive
This chapter introduces Microsoft's Majorana 1, a quantum processing unit utilizing topological qubits for enhanced stability. It explains the concept of topological qubits and Majorana particles, highlighting their potential to accelerate the development of practical quantum computers and overcome limitations of current quantum computing technologies.
- Majorana 1 is a quantum processing unit (QPU) using topological qubits.
- Topological qubits are more stable than traditional qubits due to their reliance on Majorana particles.
- The chip's design allows for scalability up to 1 million qubits.
- This could bring the goal of a million-qubit quantum computer from decades to years away.
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