第一章 新闻事件：微软的“突破”与质疑声

1. 微软的“拓扑量子比特”声明

2025年2月19日，微软通过官方公告宣称，其研发的“Majorana 1”芯片通过了拓扑间隙协议（Topological Gap Protocol, TGP），标志着拓扑量子比特的诞生。微软表示，这一成果可能使量子计算机更稳定地抵抗信息丢失，是迈向实用化量子计算的关键一步。

2. 学术界质疑的焦点

尽管微软的公告引发关注，但其声明仅基于公司内部数据，未附同行评审论文。随后，英国圣安德鲁斯大学物理学家Henry Legg在预印本平台arXiv上发表分析，直指TGP存在根本性缺陷。Legg指出，TGP的测试结果可能被“假阳性”干扰，即设备显示的信号看似符合拓扑相特征，实则为普通超导态的模仿现象。

Legg的批评集中在以下几点：

测试条件不一致：实验中的磁场强度等参数范围变化过大，可能影响结果可靠性。

代码与论文描述不符：微软公开的协议代码中，关键参数与《物理评论B》（PRB）论文描述存在差异。

缺乏透明度：微软未公开模拟验证TGP的基础代码，导致第三方无法独立验证结果。

3. 微软的回应与争议

面对质疑，Chetan Nayak反驳称，Legg的批评是“攻击了一个虚构的稻草人”，并强调TGP的有效性已通过数百次模拟验证。微软发言人也表示，PRB论文的提交时间早于公告一年，此后“已取得巨大进展”。然而，Legg指出，Nayak曾在私人邮件中承认代码与论文存在差异并计划更正，但后续又撤回这一承诺。

第二章 研究团队背景：微软量子团队

本次争议的核心团队来自微软量子计算实验室，由理论物理学家Chetan Nayak领导。该团队长期致力于拓扑量子比特的研发，目标是通过马约拉纳零能模（Majorana Zero Modes, MZMs）实现抗噪声的量子计算硬件。2025年2月，微软高调宣布推出首款“Majorana 1”量子芯片，并声称首次成功创建拓扑量子比特。然而，这一声明因缺乏同行评审论文的支持，引发了学术界的科学争议（见本公众号3月3日推文），而近日争议持续，在过去发表于《物理评论B》的论文中，拓扑间隙协议有效性广受质疑。

图1 Microsoft 于 2 月推出了其“Majorana 1”量子芯片。图片来源：Microsoft 的 John Brecher.

第三章 论文概述：《InAs-Al混合设备通过拓扑间隙协议》

1. 研究背景与目标

上述提到的争议论文由微软团队发表于《物理评论B》，详细描述了InAs-Al混合器件的设计与测试。核心目标是验证这些设备是否满足TGP要求，从而证明其支持拓扑超导性和马约拉纳零能模的存在。

图2 InAs-Al混合器件通过拓扑间隙协议（TGP）的结果图。图片来源：Aghaee, M. et al. Phys. Rev. B 107, 245423 (2023).

2. 设备设计与材料堆栈

半导体-超导异质结构：器件基于砷化铟（InAs）量子阱与铝（Al）超导条的复合结构。铝条通过邻近效应诱导半导体中的超导性，而静电门控技术用于定义纳米线并调控电子密度。

抗无序优化：通过高迁移率二维电子气（2DEG）和窄门控线设计，减少无序对拓扑相的破坏。论文指出，InAs量子阱的峰值迁移率需超过60,000 cm²/V·s，且铝条宽度需小于120 nm。

3. 拓扑间隙协议（TGP）的核心步骤

TGP是一套严格的实验验证流程，旨在通过多终端输运测量区分拓扑相与普通相：

局部与非局部电导测量：在纳米线两端同时观测零偏压电导峰（ZBPs），并验证其随结透明度变化的稳定性。

体相变检测：通过磁场和门电压调节，观察体隙的闭合与重开，确认量子相变的存在。

拓扑隙提取：在拓扑相区域内，体输运隙（拓扑隙）需超过测量分辨率（实验中为20–60 μeV）。

4. 实验结果与争议点

论文称，多台设备通过了TGP测试，显示出拓扑相的典型特征。然而，Legg指出，论文中部分关键数据（如磁场范围）的波动可能导致假阳性结果。此外，微软以“知识产权”为由未公开模拟代码，进一步加剧了透明度争议。

第四章 后续发展：悬而未决的验证与学术呼吁

1. 微软的下一步计划

数据公开承诺：微软表示在2024年底前公布更多设备参数，并计划在2025年3月的美国物理学会（APS）会议上展示拓扑量子比特的详细数据。

对Legg的回应：微软发言人称，将在《物理评论B》编辑联系后正式回应Legg的预印本评论。

图3 Nayak 将在加利福尼亚州阿纳海姆举行的美国物理学会会议上发表关于 Microsoft 拓扑量子比特数据的演讲（2025年3月18日，https://summit.aps.org/events/MAR-F14）。

2. 学术界的期待与担忧

荷兰代尔夫特理工大学Anton Akhmerov强调，微软需公开模拟代码以验证TGP的可靠性，否则实验结果“无法独立确认”。

莱顿大学Carlo Beenakker则对微软的目标表示支持，但坦言“目前尚无令人信服的马约拉纳证据”。

3. 争议的核心：科学与商业的平衡

微软的案例凸显了科技公司在科研透明度与商业保密之间的两难。尽管TGP的学术价值受到肯定，但缺乏开放数据共享可能阻碍整个领域的进展。正如Legg所言：“如果协议存在漏洞，量子比特的基础将不复存在。”

终章 结语：量子计算的未来何在？

微软的拓扑量子比特之争不仅是技术细节的辩论，更是科学严谨性与创新速度的博弈。无论最终结果如何，这一事件为量子计算领域敲响警钟：在追求突破的同时，透明的同行评审与数据共享仍是不可替代的基石。

参考资料：

1.《Nature》原文链接：https://www.nature.com/articles/d41586-025-00683-2

2. Legg 评论原文：Legg, H. F. Preprint at arXiv https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.19560 (2025).

3.《物理评论B》论文：Aghaee, M. et al. Phys. Rev. B 107, 245423 (2023). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.245423

    撰稿｜吉一勋

    指导丨刘玉龙