微軟的量子計算機比起谷歌所收購的有何異同？

12-30

微軟的量子計算機及其核心人物_Microsoft 伺服器相關_cnBeta.COM

和Google一樣，軟體巨人也有自己的量子計算機研究項目。《MIT技術評論》報道了微軟量子計算機項目及其核心人物。微軟的量子計算機計劃已進行了十年，但直到現在才開始公開談論。微軟還沒有建造量子比特，該公司正在開發被稱為拓撲量子比特（topological qubit）的新型量子比特，以及使用拓撲量子比特的計算機迴路設計和控制。在僅僅由數百個量子比特組成的機器運行化學模擬就遠勝任何現有的超級計算機。微軟資助的實驗室將在明年或之後測試量子比特設計的關鍵部分。

先來拋磚，量子計算現在的實現途徑主要有以下幾種：磁通量子比特、電荷量子比特、相位量子比特、3D Transmon、金剛石中的Nitrogen Cavity、以及中國做的最好的光量子計算，看了一下題主提供的鏈接，當前主流的量子計算，比如說Google跟D波公司都是基於超導電路實現qubit，這對電路的保真性（fidelity）提出了很高的要求，做得好的能到90%以上就很不錯了，MicroSoft應該是提出了一種不同於以上列出的qubit的新的物理模型，基於Majorana fermion，也就是馬扎約那費米子（這玩意兒搞逑不懂……現在論文都找不到了），這個理念不是最近提出來的，13年的Science上面有一個專欄，記得是由Google與NASA合買了一台D-Wave公司的量子計算機（5000W刀啊……），引申到拓撲量子計算，但是【轉折點】，這種粒子，也就是Majorana fermion，它的可控性存在一個很大的疑問（hey had caught the first glimpse），感覺這種理論實在是太過超前，至少與Google的相比而言門檻太高了……現在在乾的還是一群理論物理學家……離EE還是有很長一段路的樣子。

***************************************分割線*************************************

看文獻看的眼花繚亂，既然大家都關注，那就認真做個回答，讓大家也眼花繚亂一下。

這將是一個持續很久的更新，可能一天加上一點點內容，希望能與大家進行交流。

***************************************分割線*************************************

下面這篇文章題為《Topological Quantum Computation— From Basic Concepts to First Experiments》，給拓撲量子計算的前世今生做了一個綜述。大家有興趣可以Google一下或者上小木蟲找找。

DOI: 10.1126/science.1231473

量子計算的兩大難題是雜訊以及退相干。拓撲量子計算的優勢就體現在這兩個方面，由於採用非阿貝爾態（non-Abelian state of matter）【沒聽說過，希望翻譯是正確的】，兩個方面都得到了保證（小雜訊，長的退相干時間，文章里用到「免疫」這個詞）。

先看圖：

這張圖講的是non-Abelian anyons[非阿貝爾任意子？翻譯實在惱火……]

A. non-Abelian anyons的拓撲結構

B. 一個小的任意子系統

C. 一個典型的qubit示意圖[這裡需要用到Majorana fermions了]

D. Decoherence

當前的工作集中在Majorana fermion的證明上，還是一些偏向物理的工作。

-------------------------------------------

[更新 2014-10-13]

Start

想看可讀性好一些的材料的同學們左轉 MIT Technology Review: Microsoft』s Strange Quest for the Topological Qubit, 很不錯的關於 Station Q 以及與拓撲量子計算關係的介紹. 或者乾脆看中譯版本: 微軟的量子力學能否開啟計算機無限強大的新時代？ - 麻省理工科技評論 - 知乎專欄.

以及 Krysta Svore 在 IQC 的公開演講, Quantum Computing: Transforming the Digital Age(youtube.com 的頁面).

-------------------------------------------------------------------

說一些自己知道的吧. Microsoft Research 的 Quantum Computing 項目可不是 Google 能比的, Google 也就是近幾年才和 D-Wave 以及 John Martinis Group 合作. 但是 MSR 的計劃遠早於此, 在學術界的影響力也遠勝於 Google. 在 Redmond 的 MSR 甚至是 QIP 2017 的主辦單位, 大會主席是 Krysta Svore. 華人里也就 Yao 所在的清華(2013), 以及應明生所在的 UTS(2015)承辦過 QIP.

Station Q 籌建於2005年. 最早的 Station Q 五人組包括 Michael Freedman, Alexei Kitaev, 王正漢, Chetan Nayak, Kevin Walker. 除了拓撲量子計算(當然據說他們的實驗是外包的233), Station Q 做的東西非常 fundamental, 前成員甚至還有祁曉亮.

Freedman 早年因為龐加萊猜想相關的工作拿過 Fields Medal, 現在應該還是 director. 五人組前三位大概都是拓撲量子計算最早的提出者們. 而 Kitaev 在上世紀最後十年有一系列很漂亮的工作, 比如 Phase Estimation, Toric Code, QMA-Complete 和 k-local Hamiltonian Problem. Toric Code 是一種奇特的容錯編碼, 它把基態對應到 Torus 的全局性質上, 而幾乎所有的 Error 都是 local 的, 這麼一來就直接從物理層面上解決了容錯問題. (想了解細節的話推薦 Steven Simon 在 CSSQI 2012 的兩個 talk, Youtube 上不難找到.) 雖然說 Kitaev 後來去了 Caltech...

而成立於 2012年的 QuArC Group 可能看起來平易近人不少. 做的事情包括但不限於: 如何更高效的利用物理設備實現通用量子計算(量子線路綜合的優化), 以及找到更多的 killer application(譬如分子動力學模擬和量子機器學習).

Group 的 director, Krysta Svore 是 Aho Alfred 的學生, 早在 Columbia 讀博士的時候就在做量子計算機的體系結構. Vadym Kliuchnikov 是新的量子線路綜合演算法主要提出者, 團隊里甚至還有 Alex Bocharov 這種前 Mathematica 的開發組成員. 比較著名的大概還有這位, Nathan Wiebe, 主要工作之一就是在和 Redmond 做 ML 的人合作搞量子機器學習. Youtube 上也有 Nathan Wiebe 和 Krysta Svore 的 talk, 有一些是面向公眾的.

MSR是在研究真的量子計算機，多年來已經發表無數論文了。量子計算機實體也在建造。

Google是從D-Wave買了一台誰都說不清楚為何能work、以及如何work的設備，並讓John Martinis的團隊用用這個東西，找幾個記者發個大新聞。

無論如何，Google的PR很強。

微軟完全不了解。

d-wave上一代是512，新一代是1152，然而d-wave公司只是負責做出這個系統並商業化（在我看來就是一個實驗室用殼子裝起來），聲稱裡面有這麼多「量子bit」，實際上呢？目前無法證明這麼多bit都是量子比特，因為證明這些bit是qubit的難度相當於這麼多qubit的量子計算機的計算能力。

也就是說d-wave給出的是一個羅生門。

至於google，好像是喜歡搞很多奇奇怪怪，也不為賺錢的東西，據說一律工資雙倍挖來的科研人員。至於量子計算，新聞裡面也說了是特定的量子退火問題，我的理解是用量子系統模擬量子系統的消相干（淺見），離通用計算目前還遠到看不見。

D-WAVE 量子計算機到底用哪個費米子來進行運算的？