2月20日微软发布了其最新“拓扑”量子计算的进展，声称在一款名为“Majorana 1”的量子芯片上集成了8个拓扑量子比特，并预计在几年内实现百万量子比特规模的计算机。然而，更多的量子计算从业者认为该论文并没有实际证明拓扑量子比特或马约拉纳零模的存在。
▲图片 1 Majorana芯片 Credit: John Brecher for Microsoft

01

什么是拓扑量子计算？

拓扑量子计算是一种基于拓扑量子态的量子计算范式，它利用拓扑保护的量子态来进行信息处理，对比于其它路线有望用较少的比特实现通用容错量子计算，是当前量子计算主流的研究方向之一。
马约拉纳粒子最初由意大利物理学家埃托雷·马约拉纳于1937年提出，其特点是自己是自身的反粒子可用于构建拓扑量子比特，其非局域特性增强了量子比特的稳定性。本文中提到的马约拉纳零能模是马约拉纳粒子在凝聚态物理中的一种表现形式，但是该领域存在复杂的科学问题。
拓扑量子比特作为一种理论上的理想量子计算粒子，全球包括中国科学技术大学、中科院物理所、MIT、Quantinuum等各国研究所及企业都有过相关研究进展。
2016年，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室的王征飞教授和美国犹他大学刘锋教授、清华大学薛其坤院士及马旭村研究员、中科院物理所周兴江研究员在铁基高温超导材料研究领域发现新型一维拓扑边界态[1]。随后过了2年，中科院物理所及北京凝聚态物理国家实验室高鸿钧和丁洪团队在铁基超导中发现马约拉纳束缚态证据，刊登在《Science》期刊。[2]
2023年，在霍尼韦尔和剑桥量子公司合作的英国量子计算公司，Quantinuum的一篇新闻稿中，称在其离子阱量子计算机H2中成功创建了非阿贝尔拓扑量子物质和任意子编制，为拓扑量子计算和容错量子计算奠定了基础[3]。但是目前来看，微软是唯一有记录将拓扑量子计算纳入技术路径的企业团队。
2月19日，微软在《Nature》上发表了相关拓扑量子计算的工作，并且提出了一条基于马约拉纳量子比特的容错量子计算设备路线图，并声称实现了高精度单次干涉式费米子宇称测量的技术。基于该项工作，微软计划开展单比特操作、双比特操作与逻辑操作研究，并提出路线图在2028年实现量子优越性。
从微软的事件发酵到现在，业内专家一致指出，他们的论文并没有实际证明拓扑量子比特或马约拉纳零模的存在。从宏观角度看，该工作目前看尚未对当前国际量子计算发展形式产生根本影响。

02

事件时间线

1

2003年

微软在官网第一次宣布开展拓扑量子计算和马约拉纳费米子计算的相关研究[4]

2

2013年-2018年间

微软一直致力于拓扑量子计算的研究，先后发表《增强马约拉纳零模》，《拓扑量子计算的数学》等研究成果[5][6]

3

2018年

微软支持的Kouwenhoven团队发表《Nature》论文声称发现马拉约纳零模[7]

4

2019年

匹兹堡大学与澳大利亚新南威尔士大学的团队获取了Kouwenhoven团队研究的全部实验数据，最终认定数据与论文结果不一致。《Nature》于2021年将其撤稿

5

2020年

微软量子计算和拓扑学首席研究员Zhenghan Wang基于研究出版了一本名为《拓扑量子计算》的入门书籍[8]

6

2022年

微软研究人员发现了被称为“马约拉纳零模”现象的证据，构建了可扩展的拓扑量子比特[9]。同年，Kouwenhoven团队的论文再次被《Nature》撤稿，原因是“关键数据遗漏”

7

2023年

微软发布“量子超计算机”路线图[10]

8

2025年

2025年，微软声称完成8个拓扑量子比特的芯片“Majorana 1”，完成了路线图的第二个里程碑，发表相关论文[11]

03

确有其事还是夸大其词？

事实上，微软基于Majorana粒子的研究常年备受争议。2018年，微软支持的Kouwenhoven团队声称发现“天使粒子”马约拉纳费米子的存在证据。然而2021年，作者在发表的一篇新论文中纳入了更多实验数据。结论是，他们最终没有发现马约拉纳费米子。2018发表在《Nature》上的文章被撤回。2022年4月，Kouwenhoven团队的论文再次被《Nature》撤稿，原因是“关键数据遗漏”。
▲图片 4 微软声称发现“天使粒子”马约拉纳费米子的存在证据
时隔三年，2月19日，微软忽然发布了首个“拓扑量子比特”，称呼它标志着向实用量子计算迈出了一次变革性的飞跃。此次成果所对应的相关论文，《在InAs-Al混合器件中实现干涉式单次宇称测量》再次于2025年2月19日在《Nature》杂志发表。论文展示了在铟砷化物-铝混合设备中通过分散门感测量量子电容，观察到与拓扑状态一致的信号，例如双模随机电报信号（RTS），并通过模型拟合以此声称这些信号可能与一对马约拉纳零模（MZMs）相关[11]。
然而，论文明确指出，测量结果仅约束了安德烈夫束缚态的能量分裂，并未确定其拓扑性质。此等“空中楼阁”般的成果让业界摸不着头脑，《Nature》审稿人特别强调：“本稿结果并不代表设备中存在马约拉纳零模的证据，仅介绍了一种可能用于未来融合实验的设备架构。”[11][12]
▲图片 5 Nature审稿人批注
许多物理学界大佬也加入了讨论，其中不乏许多熟悉的身影。
中国科学技术大学教授、博士生导师 ，中国科学技术大学上海研究院执行院长，世界青年科学家联合会理事长陆朝阳教授以及IBM量子计算和信息科学家Jay Gambetta都直言不讳地指出，此研究并未成功：
John Preskil是量子信息科学领域的知名科学家，他创造了“含噪声中等规模量子”(NISQ)“量子霸权’(quantum supremacy)等当前广为人知的量子计算概念。Majorana1发布后，他在X上发文表示：“目前没有公开证据表明该测试已成功运行，希望我们很快能听到更多消息”。
同时，他也转发了研究拓扑量子计算的另一位大佬，加利福尼亚理工学院的理论物理学家Jason Alicea的中肯评论，称，“拓扑量子理论上是存在的，...量子系统的行为难以捉摸。”

04

何去何从？

马约拉纳费米子是一种特殊的费米子，正因其具有“正反同体”的特性，即它的反粒子就是它本身，使得它也冠上了“天使粒子”的美誉。
2017年华裔科学家王康隆、张首晟等人组成的团队合作在《Science》杂志上也曾声称抓住了该粒子的踪影 [13]，然而不管是这支团队还是微软支持的Kouwenhoven团队在《Nature》上发布的证据，都因“证据不足”或“无法复刻”被杂志撤稿。
▲图片 5 华裔科学家王康隆、张首晟等人在《Science》所发表的论文
毫无疑问，“天使粒子”的发现一定是物理学界的重大突破。作为拓扑量子比特的最优载体之一，其具有天然容错性，可以抵御外界环境的干扰，从而实现更稳定、更可靠的量子计算。
无论这次微软的官宣的结果是乌龙还是炒作，它都无法阻挡人类对马约拉纳费米子研究的热情。马约拉纳零能模的理论基础坚实，为全球科学家提供了明确的研究方向。我们有理由相信，在不久的将来，人类必然能一见天使真颜。（作者：徐雯昕）

Ref：

[1] Wang, Z., Zhang, H., Liu, D. et al. Topological edge states in a high-temperature superconductor FeSe/SrTiO3(001) film. Nature Mater 15, 968–973 (2016).

[2] Dongfei Wang et al. ,Evidence for Majorana bound states in an iron-based superconductor.Science362,333-335(2018).

[3]https://www.quantinuum.com/press-releases/for-the-first-time-ever-quantinuums-new-h2-quantum-computer-has-created-non-abelian-topological-quantum-matter-and-braided-its-anyons

[4] Freedman, Michael H., et al. "Topological Quantum Computation." Bulletin (New Series) of the American Mathematical Society, vol. 40, no. 1, 2002, pp. 31-38.

[5] Karzig, Torsten, et al. "Boosting Majorana zero modes." arXiv preprint arXiv:1305.3626v2, 2013.

[6] Rowell, Eric C., and Zhenghan Wang. “MATHEMATICS OF TOPOLOGICAL QUANTUM COMPUTING.” arXiv.org, 17 May 2017, arXiv:1705.06206v1 [math.QA].

[7] Zhang, H., Liu, CX., Gazibegovic, S. et al. RETRACTED ARTICLE: Quantized Majorana conductance. Nature 556, 74–79 (2018).

[8] Wang, Zhenghan. *Topological Quantum Computation*. CBMS Regional Conference Series in Mathematics, 112. American Mathematical Society, 2010. ISBN: 978 - 0 - 8218 - 4930 - 9.

[9]https://news.microsoft.com/source/features/innovation/azure-quantum-majorana-topological-qubit/

[10]https://azure.microsoft.com/en-us/blog/quantum/2023/06/21/microsoft-achieves-first-milestone-towards-a-quantum-supercomputer/

[11] Microsoft Azure Quantum., Aghaee, M., Alcaraz Ramirez, A. et al. Interferometric single-shot parity measurement in InAs–Al hybrid devices. Nature 638, 651–655 (2025).

[12]https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41586-024-08445-2/MediaObjects/41586_2024_8445_MOESM2_ESM.pdf

[13] Qing Lin He et al. ,RETRACTED: Chiral Majorana fermion modes in a q2uantum anomalous Hall insulator–superconductor structure.Science357,294-299(2017).

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