摘要：他们最新研发的量子芯片Willow，在一项标准基准测试中，仅用5分钟就完成了一台当今世界上最快的超级计算机需要10²⁵年（这个数字是什么概念呢？简单来说就是远远超出了宇宙的年龄）才能完成的计算任务。
麻木尔 霍元甲 发自AI星舰指挥中心
最近，全球科技圈再次被Google量子AI实验室的重磅发布刷屏了！
他们最新研发的量子芯片Willow，在一项标准基准测试中，仅用5分钟就完成了一台当今世界上最快的超级计算机需要10²⁵年（这个数字是什么概念呢？简单来说就是远远超出了宇宙的年龄）才能完成的计算任务。
这不仅仅是一次简单的芯片升级，而是量子计算领域的一次划时代突破，可能将彻底改变我们对宇宙的认知。
据Nature报道，我国量子领域专家陆朝阳先生对此评价称：这项工作展现了一个真正令人瞩目的技术突破。
量子计算，困于何处？
首先，量子计算机并不是简单的"更快的计算机"，而是利用量子力学原理进行计算的一种全新方式。传统计算机使用比特（0和1）来处理信息，而量子计算机使用的是量子比特（qubits）。量子比特可以同时表示0和1，甚至多个0和1的叠加态。这种特性使得量子计算机在处理某些复杂问题时，比传统计算机快得多。
然而，量子计算也面临一个重大挑战：错误率。由于量子比特极其敏感，任何微小的环境干扰都可能导致计算错误。想象一下，如果你在写一篇论文，每写一个字都有可能出错，而且错误率还随着字数的增加而上升，那么你的论文质量将会大打折扣。
因此，如何降低错误率，一直是量子计算领域的核心难题。
两项重大突破，Willow芯片为量子计算带来新希望
第一大突破：错误率指数级降低
如前所述，量子计算的一个主要难题是错误率。量子比特极其脆弱，易受环境干扰，导致计算错误。随着量子比特数量增加，错误率通常也会上升，这可能使量子系统逐渐失去量子特性。
然而，Willow实现了一个突破性成果：通过增加物理量子比特，实现了逻辑量子比特错误率的指数级下降。这是量子纠错领域近30年来一直追求的目标，Willow终于实现了这一里程碑式的突破。这意味着我们找到了一种有效控制量子计算错误的方法，为未来构建规模更大、性能更强的量子计算机奠定了坚实基础。
第二大突破：计算速度爆发，远超世界最强超算
在随机电路采样（RCS）这一标准基准测试中，Willow芯片仅需5分钟就完成了任务，而目前最快的超级计算机需要10²⁵年才能完成同样任务。
随机电路采样（Random Circuit Sampling, RCS）是一种量子计算任务，旨在从随机生成的量子电路中提取输出样本。这一过程涉及到量子比特（qubits）和量子门（quantum gates）的组合，目的是生成复杂的概率分布，以验证量子计算机的性能，尤其是在面对噪声的情况下。
具体细节
作为Google量子AI实验室的最新作品，Willow芯片是对之前系列芯片（如Foxtail、Bristlecone和Sycamore）的进一步改进。它终于实现了一个重要里程碑：在计算任务中超越了最先进的经典超级计算机。
与Sycamore相比，Willow有以下显著进步：
量子相干时间提高了五倍，从20微秒增加到了100微秒。这意味着量子比特能够保持其状态的时间更长。逻辑量子比特现在可以操作在临界量子误差纠正阈值以下，这是量子计算领域长期追求的目标。实现了错误率的指数抑制，其逻辑量子比特的寿命比组成它们的物理量子比特寿命长得多。这些进展意味着，在制造更大、更复杂的量子芯片时，研究人员可以使用量子误差纠正技术来显著提高计算的准确性。这为未来更强大的量子计算机铺平了道路。
逻辑量子比特（Logical Qubit）和物理量子比特（Physical Qubit）是量子计算中两个重要的概念，它们在量子信息处理和量子计算的实现中扮演着不同的角色。
物理量子比特是量子计算的基本单元，代表实际存在的量子系统。它们可以是多种物理实现形式，例如超导电路与离子阱等。而逻辑量子比特是由多个物理量子比特组合而成的高层抽象。
负责人Kelly表示，这些突破性进展要归功于他们在圣巴巴拉新建的专用超导量子芯片加工设施。
在这个设施中，Google的研究人员系统性地测试了不同大小的物理量子比特阵列：
从3x3到5x5再到7x7通过使用最新的量子错误纠正技术，他们在每次测试中都成功将错误率减半，最终首次实现了"低于阈值"这一重要里程碑。
Willow的性能测试结果也令人惊叹：它在不到五分钟内就完成了一项需要当今最快超级计算机运算10²⁵年的计算任务。
为了帮助理解这个数字的概念：
完整写出来是10,000,000,000,000,000,000,000,000年这个时间跨度远远超出了宇宙的年龄超越了物理学中已知的任何时间尺度这一惊人的计算能力为量子计算发生在多个平行宇宙中的理论提供了有力证据，与David Deutsch最初提出的多元宇宙预测相吻合。
"我们团队的成果表明，这种性能改进的速度是可持续的"，Kelly强调道。他指出，这种进步可能会使未来的量子芯片达到一个关键的准确度水平：每十亿步操作只有一个错误。
值得注意的是，这个准确度水平正是研究人员普遍认为量子计算机实现商业化所需要达到的标准。
Kelly进一步阐述了这一成就的意义："错误修正是一切量子计算的终极目标，这就是人们想象中的量子计算机"。
未来的无限可能
有理由相信，量子计算机将在不久的将来为社会带来革命性的变化。无论是破解复杂密码、模拟分子行为，还是优化大规模系统，显然它将成为不可或缺的工具。
在这个历史性的时刻，我们不禁要问：量子计算的下一个突破会是什么？它将如何改变人类世界？让我们拭目以待。
来源：AIStarship
