2024年12月9日,，谷歌宣布其利用新一代芯片克服了量子計算領(lǐng)域的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn),。這顆名為Willow的新芯片在5分鐘內(nèi)解決了一個計算問題，而這個問題需要傳統(tǒng)超級計算機花費10的25次方年的時間來解決。Willow芯片是在Google位于圣巴巴拉的全新先進制造工廠制造的,，該工廠專門用于處理量子芯片生產(chǎn)的獨特挑戰(zhàn)。谷歌使用隨機電路采樣基準測試來衡量Willow的性能,，結(jié)果顯示，Willow在不到五分鐘的時間內(nèi)完成了計算,，而同樣的計算對于最快的超級計算機來說需要超過宇宙年齡的時間，這突顯了量子系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)計算機的巨大計算優(yōu)勢,。

Willow芯片擁有105個“量子位”,，這些量子位運行速度很快，但容易出錯,。通常情況下,，使用的量子位越多，發(fā)生的錯誤就越多,。為了保護量子信息免受這些影響,，研究人員開發(fā)了量子糾錯碼，但其有效性依賴于一個假設(shè)：即單個物理量子位上的錯誤率必須足夠低,，以便糾錯過程本身不會引入比它修正的更多的錯誤,。Willow實現(xiàn)了“低于閾值”的量子糾錯，這意味著隨著添加更多的量子位,，系統(tǒng)的誤差率會指數(shù)級下降,。這一成果解決了量子計算領(lǐng)域近30年來的核心挑戰(zhàn)，不僅提升了量子計算機的可靠性,，還為未來建造更大規(guī)模的量子計算機奠定了基礎(chǔ),。

國盾量子云平臺負責人儲文皓表示，谷歌此次的動作可能更多是在準備后續(xù)的商業(yè)發(fā)布,。早在今年八月份,，谷歌曾發(fā)表論文《低于表面碼閾值的量子糾錯》，展示了通過量子糾錯技術(shù)可以有效地降低量子計算過程中的錯誤率,，即使在量子位數(shù)量增加的情況下也能保持較低的錯誤率,。在這篇論文中，谷歌團隊展示了使用表面碼實現(xiàn)了低于閾值的量子糾錯,。當研究人員將陣列從3×3擴展到5×5再到7×7時,，每次擴展都能將編碼錯誤率降低2.14倍。這一結(jié)果證實了量子糾錯理論所預(yù)測的指數(shù)級錯誤抑制效果,，被認為是十分重要的技術(shù)進步,，不亞于甚至超過了2019年谷歌宣布的量子霸權(quán)。

此前南方科技大學(xué)也在其芯片上驗證過類似的概念,，而谷歌這次在實驗體系中實現(xiàn)了d=5和d=7的糾錯,，并證明了7的效果顯著優(yōu)于5，而5又明顯優(yōu)于3,，表明其在量子控制技術(shù)上達到了新的高度,。儲文皓解釋說，谷歌一直使用的仍然是表面碼,，糾錯算法本身并沒有發(fā)生根本性的變化,，真正的進步發(fā)生在高精密的量子控制手段,。借助人工智能實現(xiàn)了更有效的解碼器方案篩選和軟硬件上的實時線路編譯，這些技術(shù)進步共同推動了量子糾錯能力的提升,。相比糾錯算法和測控手段上的進步,，谷歌本次展現(xiàn)的在硬件層面的技術(shù)革新相對較少，芯片上使用的Tunbale Coupler可調(diào)耦合器的架構(gòu)自2019年以來就已經(jīng)被采用,，國內(nèi)如南方科技大學(xué),、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)以及北京量子信息科學(xué)研究院在內(nèi)的機構(gòu)都有團隊在這個方面有所突破。

Willow芯片的開發(fā)是Google在量子計算領(lǐng)域長期研究的一部分,。Google自2014年以來一直在研究量子計算,，并在2019年宣布其量子計算機實現(xiàn)了“超越經(jīng)典”的性能。Willow芯片的推出標志著Google在量子計算硬件方面的進一步發(fā)展,，特別是在量子糾錯技術(shù)上取得了顯著進展,。盡管目前還沒有已知的有用應(yīng)用，但谷歌的目標是在未來推出一個傳統(tǒng)計算機無法解決的真實用例,，這可能包括新藥開發(fā),、電動車電池優(yōu)化設(shè)計、核聚變研究和新能源開發(fā)等領(lǐng)域,。