趙嫺 | 特約編輯 (臺灣大學化學系碩士生)
2026 年 6 月 3 日，微軟正式發表第二代拓樸量子晶片 Majorana 2。相較於 2025 年推出的 Majorana 1，新晶片最大的突破在於量子位元（qubit）的穩定性大幅提升，使量子位元的平均生命期（lifetime）達到 20 秒。相較於第一代僅有毫秒等級的生命期，穩定性提升約 1000 倍，也讓微軟宣布將提前在2029年實現可擴展量子電腦的目標。
拓樸量子電腦是什麼？
目前全球實現量子電腦的主要硬體技術包括超導量子位元、離子阱量子位元、中性原子量子位元，以及微軟所發展的拓樸量子位元（Topological Quantum bit）。不同於 Google、IBM 等公司採用超導量子位元作為運算基礎，微軟選擇投入拓樸量子位元的研究，希望從硬體層面降低量子運算的錯誤率。
雖然近年量子電腦發展迅速，但距離真正解決大型科學問題或投入商業應用仍有一段距離。一台具有實用價值的容錯量子電腦，估計需要約 百萬個穩定的量子位元，並且將量子操作的閘錯誤率降低至遠低於千分之一（0.1%）。然而，目前各家公司所開發的量子電腦仍只有數百至上千個量子位元，距離這個目標仍有很大的技術挑戰。
拓樸量子電腦被認為是目前最有希望實現大規模、低錯誤率量子計算的技術之一。一般超導量子位元或離子阱量子位元，量子資訊主要儲存在單一粒子的量子態中，因此容易受到外界雜訊影響而發生錯誤。相較之下，拓樸量子位元將量子資訊儲存在整個系統的拓樸態（topological state）中，而不是單一粒子的局部狀態，因此理論上具有更高的穩定性與抗雜訊能力。
Majorana 零模與拓樸超導相
「Majorana」一詞來自義大利理論物理學家 Ettore Majorana。他於 1937 年提出一種特殊的費米子，其特色是粒子與自己的反粒子相同。雖然真正的 Majorana 費米子至今尚未被直接發現，但物理學家認為，在拓樸超導體中可以形成具有相同數學性質的 Majorana 零模（Majorana Zero Modes），這也是微軟拓樸量子位元的核心。
拓樸量子位元的基本結構，是將半導體奈米線（semiconductor nanowire）與超導體（superconductor）緊密接觸。此時半導體奈米線也會具有超導特性。當施加適當的磁場與電壓後，奈米線便可能進入一種特殊的拓樸超導相（topological superconducting phase）。
在這個拓樸相中，奈米線兩端會形成被稱為Majorana 零模的特殊量子態。Majorana 零模並非真正的基本粒子，而是在拓樸超導體中形成的一種量子態，具有與理論上 Majorana 費米子相同的數學性質，因此成為拓樸量子計算的重要基礎。
除了奈米線兩端的 Majorana 零模之外，奈米線中間還會形成一個稱為拓樸能隙（topological gap）的能量區域。在這個能量範圍內不存在可被激發的量子態，因此環境中的小幅度能量擾動無法輕易影響系統，使 Majorana 零模受到保護，也讓拓樸量子位元具有較高的穩定性。
Majorana 2 的突破
Majorana 2 最大的技術突破之一，是重新設計了量子位元的材料結構。
第一代 Majorana 1 使用鋁（Aluminum）作為超導材料，而 Majorana 2 則改採鉛（Lead），並搭配新的半導體材料組合。
微軟表示，新的材料設計使拓樸能隙（Topological Gap）提高超過兩倍，因此更能有效隔離外界雜訊，進一步提升量子位元的穩定性與生命時間，這也是 Majorana 2 能將 qubit 壽命從毫秒提升至數十秒的重要原因。
（製圖／趙嫺）
邁向實用量子電腦
目前 Majorana 2 已進入美國國防高等研究計畫署（DARPA）Quantum Benchmarking Initiative（QBI）的最終評估階段，接受專家團隊驗證其是否具有發展成大型實用量子電腦的潛力。
微軟量子部門企業副總裁 Zulfi Alam 表示：「我們預計在 2029 年打造出一台能夠解決具有商業價值問題的量子電腦。」
不過，目前 Majorana 2 僅整合 12 個量子位元，距離真正的大規模容錯量子電腦仍有相當大的差距。此外，部分研究成果仍有待更多獨立研究團隊驗證。
儘管如此，Majorana 2 仍代表拓樸量子計算的重要里程碑。如果微軟提出的技術最終能成功擴展，不僅有機會大幅降低量子運算的錯誤率，也可能改變目前量子電腦的發展方向。未來，IBM、Google 與微軟等不同技術路線，誰能率先打造出真正具商業價值且具容錯能力的量子電腦，將是全球量子科技競賽中最受矚目的焦點之一。
資料來源
- Microsoft says new quantum chip 1,000 times more reliable than predecessor
https://www.bbc.com/news/articles/cj4p7gyvp52o - Explore quantum：Topological qubits
https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/education/concepts/topological-qubits - Introducing Majorana 2：Qubits 1,000x more reliable
https://quantum.microsoft.com/en-us/solutions/microsoft-quantum-hardware - 微軟發表最新 Majorana 2 量子處理器
https://news.microsoft.com/source/asia/2026/06/03/miscrosoft_build_2026_majorana2/?lang=zh-hant - Majorana 2 – Microsoft’s Scalable Quantum Processor With Reliable, Long-Lasting Qubits
https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/majorana-2-scalable-quantum-processor
