谷歌量子芯片有多強(qiáng),！當(dāng)?shù)貢r(shí)間12月9日,，谷歌公布了其最新超導(dǎo)量子計(jì)算芯片Willow。在隨機(jī)電路采樣（RCS）基準(zhǔn)測試中,，Willow在5分鐘內(nèi)完成了當(dāng)前最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)之一需要102?年才能完成的計(jì)算任務(wù),。這一消息由谷歌首席執(zhí)行官桑達(dá)爾·皮查伊在社交平臺上發(fā)布，并收到了SpaceX創(chuàng)始人馬斯克和OpenAI首席執(zhí)行官奧特曼的留言互動,。皮查伊與馬斯克還討論了利用星艦在太空構(gòu)建量子集群的可能性,。

Willow不僅在RCS基準(zhǔn)測試中取得了驚人的成績，在量子糾錯(cuò),、相干時(shí)間,、系統(tǒng)工程等方面也取得了突破性進(jìn)展。特別是在量子糾錯(cuò)領(lǐng)域,，谷歌量子AI團(tuán)隊(duì)解決了困擾該領(lǐng)域近30年的關(guān)鍵問題,。錯(cuò)誤率一直是量子計(jì)算的主要挑戰(zhàn)之一。相比標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)CPU每十億次到每萬億次的錯(cuò)誤率,，量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率要高得多,。當(dāng)前最先進(jìn)的量子計(jì)算機(jī)的錯(cuò)誤率通常在1%~0.1%之間。

1995年,，麻省理工學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)教授彼得·肖爾提出了量子糾錯(cuò)理論,，核心思想是將多個(gè)物理量子比特編碼為邏輯量子比特，以檢測并糾正某些錯(cuò)誤,?；谶@一理念，各種類型的量子糾錯(cuò)代碼被陸續(xù)提出,，其中表面碼被認(rèn)為具有較高的工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值,。表面碼是一種拓?fù)浼m錯(cuò)碼,，用二維量子比特點(diǎn)陣編碼邏輯量子比特，具有較高的糾錯(cuò)閾值,。表面碼只需要近鄰耦合,，對錯(cuò)誤率的閾值要求較低，盡管其編碼效率不高,，但已成為目前最具工程實(shí)現(xiàn)價(jià)值的編碼方法之一,，特別適合超導(dǎo)量子芯片。

谷歌Willow的關(guān)鍵進(jìn)展在于實(shí)現(xiàn)了邏輯量子比特以低于量子糾錯(cuò)閾值的錯(cuò)誤率運(yùn)行,。這意味著隨著量子比特?cái)?shù)量的增加,，錯(cuò)誤率會逐漸降低。谷歌團(tuán)隊(duì)測試了從3x3到5x5再到7x7的物理量子比特陣列,，錯(cuò)誤率依次減半,。這使得Willow能夠在擴(kuò)大量子比特?cái)?shù)量的同時(shí)降低錯(cuò)誤率，并首次在超導(dǎo)量子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾錯(cuò),，使錯(cuò)誤能夠在對計(jì)算產(chǎn)生破壞之前就被糾正,。

除了在量子糾錯(cuò)方面的顯著進(jìn)展，Willow還在基礎(chǔ)測試中展現(xiàn)出更強(qiáng)的計(jì)算能力和相干時(shí)間,。憑借105個(gè)量子比特,，Willow在RCS基準(zhǔn)測試中，以不到五分鐘的時(shí)間完成了一項(xiàng)計(jì)算,，而當(dāng)前最快的超級計(jì)算機(jī)之一需要10的25次方年才能完成同一任務(wù),。谷歌量子AI創(chuàng)始人哈特穆特·乃文表示，Willow的RCS測試結(jié)果為量子計(jì)算發(fā)生在多個(gè)平行宇宙的觀點(diǎn)提供了可信度,。

Willow還將量子相干時(shí)間提高了5倍,，達(dá)到100微秒，是Sycamore的5倍,。這意味著Willow能夠維持更長的計(jì)算“工作時(shí)間”,，完成更多的計(jì)算。Willow的性能躍升離不開制造技術(shù)的進(jìn)步,，芯片的生產(chǎn)是在谷歌位于圣巴巴拉的新制造工廠完成的,。設(shè)計(jì)和制造量子芯片時(shí)，系統(tǒng)工程是關(guān)鍵,，所有組件都必須經(jīng)過精細(xì)的設(shè)計(jì)和集成,。

面向未來的發(fā)展，量子計(jì)算芯片的下一個(gè)挑戰(zhàn)是在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)“有用,、超越經(jīng)典”的計(jì)算,。谷歌的目標(biāo)是在踏入經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法企及且對現(xiàn)實(shí)世界、商業(yè)相關(guān)問題有用的算法領(lǐng)域,。